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Tipo do documento: Dissertação
Title: Estudo de ciclos de adsorção/dessorção do antibiótico ciprofloxacina em coluna de leito fixo empacotada com a resina catiônica SupergelTM SGC650H
Other Titles: Study of adsorption/dessortion cycles of the antibiotic ciprofloxacin in fixed bed column packed with the cationic resin SupergelTM SGC650H
Autor: Staudt, Junior 
Primeiro orientador: Borba, Carlos Eduardo
Primeiro coorientador: Scheufele, Fabiano Bisinella
Primeiro membro da banca: Borba, Carlos Eduardo
Segundo membro da banca: Silva, Edson Antônio da
Terceiro membro da banca: Wenzel, Bruno München
Resumo: Compostos farmacêuticos são considerados problemas ambientais dada a sua resistência aos tratamentos convencionais empregados para águas residuárias e pela consequente presença no ambiente, evidenciada por inúmeros estudos recentes. Técnicas que envolvem a transferência de massa como adsorção vêm sendo testadas na remoção desses compostos, porém são escassos na literatura os estudos que contemplam a regeneração dos adsorventes por meio de ciclos de adsorção e dessorção. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é estudar ciclos de adsorção/dessorção de Ciprofloxacina (CIP) em coluna de leito fixo empacotada com a resina catiônica SupergelTM SGC650H. Testes preliminares de dessorção utilizando diferentes concentrações de HCl como agentes eluentes e experimentos de adsorção com resina previamente tratada com essas mesmas soluções foram realizados em sistema fechado e batelada (SFB) para determinar a melhor condição de eluente. Testes de caracterização foram realizados para resina virgem e resina tratada com HCl, evidenciando mudanças na estrutura da resina e nos grupos funcionais, causadas pela ação dos eluentes ácidos. Os resultados preliminares mostraram que a concentração de HCl 2 mol L-1 proporcionou tanto eficiência de dessorção de CIP como aumento da capacidade de adsorção por parte da resina. Portanto, essa concentração de eluente foi aplicada para a obtenção de dados de equilíbrio em SFB. Um procedimento de modelagem matemática fenomenológica foi empregado para os dados cinéticos e de equilíbrio de dessorção obtidos em SFB. Os dados de equilíbrio foram adequadamente descritos pelo modelo de equilíbrio de Langmuir, fornecendo a estimação dos parâmetros q_max=503,36 mg g-1 e K=5,98 ×10-4 L mg-1, para capacidade máxima de adsorção e constante de afinidade de Langmuir, respectivamente. Em relação à modelagem cinética em SFB, a difusão externa foi identificada como etapa limitante da dessorção, com um coeficiente cinético de transferência de massa estimado de k_f= 25,7426 h-1. Com base nos parâmetros estimados a partir de experimentos independentes em SFB, o modelo foi capaz de prever adequadamente o comportamento cinético de dessorção em colunas de leito fixo. Posteriormente, os ciclos de adsorção/dessorção foram realizados em coluna de leito fixo e evidenciaram que a capacidade da resina não foi alterada por três ciclos experimentais. Além disso, o modelo matemático proposto foi capaz de descrever satisfatoriamente as etapas de adsorção e dessorção dos ciclos. De maneira geral, os resultados mostraram que a solução eluente de 2 mol L-1 de HCl foi eficientemente aplicada à regeneração da resina, devido à alta eficiência de dessorção fornecida aliada à ativação do adsorvente. Ademais, observou-se que a resina pode ser empregada por três ciclos sem perder sua capacidade de adsorção. Além disso, o presente trabalho forneceu um modelo matemático robusto e preditivo do processo de dessorção, considerando parâmetros de equilíbrio, cinéticos e de transferência de massa, que podem dar suporte ao projeto e à ampliação de escala de equipamentos de nível industrial.
Abstract: Pharmaceutical compounds are considered environmental problems due to their resistance to the conventional treatments used for wastewater and their consequent presence in the environment, evidenced by numerous recent studies. Techniques involving the mass transfer as adsorption have been tested to the removal of these compounds. However, woks that contemplate the regeneration of the adsorbents by adsorption and desorption cycles are scarce in the literature. In this sense, the aim of this present work is to assess Ciprofloxacin (CIP) adsorption/desorption cycles in a fixed bed column packed with cationic resin SupergelTM SGC650H. Preliminary desorption tests by using different HCl concentrations as eluent agents and adsorption experiments with resin previously treated with these same solutions were carried out in closed-batch system (CBS) to determine the best eluent condition. Physico-chemical characterization tests were performed for virgin and HCl-treated resin, evidencing changes on the resin structure and functional groups caused by the acidic eluents. The preliminary results showed that the HCl concentration of 2 mol L-1 provided both the ciprofloxacin desorption efficiency from the resin and the improvement of the resin’s adsorption capacity. Therefore, this eluent concentration was applied for the further equilibrium experiments in CBS. A phenomenological mathematical modeling was employed to the kinetic and equilibrium desorption data obtained in CBS. The equilibrium data were well described by the Langmuir isotherm model, providing the estimation of the parameters q_max=503,36 mg g-1 and K=5,98 ×10-4 L mg-1, for maximum adsorption capacity and Langmuir affinity constant, respectively. Regarding the kinetic modeling in batch system, the external diffusion was identified as the desorption rate-limiting step, with an estimated kinetic mass transfer coefficient of k_f= 25.7426 h-1. Based on the estimated parameters from independent CBS experiments, the model was able to adequately predict the desorption kinetic behavior in fixed bed column. Thereafter, adsorption/desorption cycles were performed in fixed bed column, and evidenced that the resin capacity was not altered for three experimental cycles. Besides, the mathematical model proposed was able to adequately described both adsorption and desorption steps of the cycles. Overall, the results showed that the HCl eluent solution of 2 mol L-1 was efficiently applied to the regeneration of the resin, due to the high desorption efficiency combined with the activation of the adsorbent. In addition, it was observed that the resin can be employed for three cycles without losing its adsorption capacity. Furthermore, the present work provided a robust and predictive mathematical model of the desorption process, considering equilibrium, kinetic and mass transfer parameters, which could support the design and the scale up of industrial level equipment.
Keywords: Contaminantes emergentes
Adsorção/Dessorção
Equilíbrio de dessorção
Cinética de dessorção
Modelagem matemática fenomenológica
Emerging pollutants
Adsorption-desorption
Desorption equilibrium.
Desorption kinetics
Phenomenological modeling
CNPq areas: ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Campun: Toledo
Citation: STAUDT, Junior. Estudo de ciclos de adsorção/dessorção do antibiótico ciprofloxacina em coluna de leito fixo empacotada com a resina catiônica SupergelTM SGC650H. 2019. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4555
Issue Date: 22-Feb-2019
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química (TOL)

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