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Please use this identifier to cite or link to this item: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4595
Tipo do documento: Dissertação
Title: Produção de carvão ativado de resíduos de grãos de canola visando remediação de recursos hídricos contaminados por metais tóxicos
Autor: Schiller, Andréia da Paz 
Primeiro orientador: Gonçalves Júnior, Affonso Celso
Primeiro coorientador: Braccini, Alessandro Lucca
Segundo coorientador: Schwantes, Daniel
Primeiro membro da banca: Gonçalves Júnior, Affonso Celso
Segundo membro da banca: Duarte Júnior, José Barbosa
Terceiro membro da banca: Tarley, César Ricardo Teixeira
Resumo: Os resíduos da agroindústria possuem alto potencial adsorvente na remoção de metais tóxicos de águas, e se receberem modificações químicas, físicas e térmicas, é possível elevar essa remoção ainda mais. O objetivo deste estudo foi avaliar o uso de resíduos de grãos de canola como material precursor para produção de carvões ativados quimicamente e fisicamente e avaliar esses materiais adsorventes na sorção dos íons metálicos Cd2+ e Pb2+ de águas contaminadas. Para isso, foram desenvolvidos carvões ativados com NaOH, ZnCl2, H3PO4 e CO2, dando origem a 9 materiais adsorventes, que foram caracterizados quanto ao teor de elementos químicos, aspectos estruturais, (espectroscopia de infravermelho - FTIR), aspectos morfológicos (microscopia eletrônica de varredura - MEV), ponto de carga zero (pHPCZ), estabilidade térmica (TG/DTG), área superficial, tamanho e volume de poros por (estimados por BET e BJH). Depois desta etapa, foram realizadas avaliações para determinar as condições ótimas de sorção (pH versus dose de adsorvente) por meio de análise multivariável por meio da adoção de um delineamento central composto rotacional (DCCR). A cinética de adsorção foi avaliada por meio dos modelos matemáticos lineares e não lineares de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. Para os melhores materiais adsorventes, foram calculadas isotérmas de sorção conforme os modelos matemáticos lineares e não lineares de Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich (D-R) e Sips. O efeito da concentração inicial, termodinâmica de adsorção e a dessorção também foram estudados. A MEV evidenciou que os carvões produzidos apresentaram estruturas regulares e bem formadas com elevada porosidade, e pelo FTIR foi observada a presença de grupos hidroxilas, alifáticos, fenólicos, carboxílico, inferindo que o adsorvente possui características favoráveis à adsorção. As modificações químicas (NaOH, ZnCl2 e H3PO4 – 1 mol L-1), físicas (CO2) e a pirólise (temperatura até 750 °C) alteraram o ponto de carga zero dos adsorventes testados. As condições ótimas de adsorção dos íons Cd2+ e Pb2+ foram: pH: 5,0; massa do adsorvente: 4 g L1 e tempo de equilíbrio médio de 40 min para todos os adsorventes testados. De maneira geral os modelos de pseudo-segunda ordem e D-R sugeriram a predominância de fisissorção, e os melhores ajustes matemáticos (R2) ocorreram pelos modelos não lineares. A maior eficiência de remoção ocorreu em todos os casos para as menores doses de adsorventes avaliadas, com altas taxas de dessorção para Cd2+ e Pb2+. A maioria dos materiais se ajustaram para os modelos de Langmuir, Freundlich e D-R, sugerindo a ocorrência de adsorção física em mono e multicamadas. O estudo de termodinâmica demonstrou que os processos foram em sua maioria espontâneos ou tornaram-se espontâneos à medida que ocorre a elevação de temperatura e apontaram para a ocorrência de adsorção física. Contudo, infere-se que os carvões ativados possuem maior eficiência de remoção de Cd2+ e Pb2+ quando comparados aos biossorventes de canola. Além disso, estudos futuros que visem avaliar outras variáveis do processo, tais como, a variação da temperatura e do tempo de pirólise são desejáveis, devido à biomassa residual de canola apresentar características extremamente favoráveis a produção de carvões ativados.
Abstract: The agroindustry waste has high adsorbent potential for the toxic metals removal from water and if it receive chemical, physical and thermal modifications, the toxic metals removal can be increased. The objective of this study was to evaluate the use of canola grain residues as precursor material to produce chemically and physically activated carbons and to evaluate these adsorbent materials in the sorption of Cd2+ and Pb2+ metal ions from contaminated water. For this, activated carbons were developed with NaOH, ZnCl2, H3PO4 e CO2, giving rise to 9 adsorbents materials that were characterized in terms of chemical element content, structural aspects (infrared spectroscopy – FTIR), morphological aspects (scanning electron microscopy – SEM), point of zero charge (pHPZC), thermal stability (TG/DTG), surface area, pore size and volume (estimated by BET and BJH). After this step, evaluations were performed to determine the optimal sorption conditions (pH versus adsorbent dose) by means of multivariable analysis through the adoption of central composite rotatable design (CCRD). The adsorption kinetics were evaluated using linear and non-linear mathematical models of pseudo-first order, pseudosecond order, Elovich and intraparticle diffusion. Adsorption isotherms were calculated according to linear and non-linear mathematical models of Langmuir, Freundlich, DubininRadushkevich (D-R) and Sips. The effect of initial concentration, adsorption thermodynamic and the desorption also were study. According to the SEM it was observed that the carbons produced had regular and well-formed structures with good porosity, and the FTIR observed the presence of hydroxyl groups, aliphatic, phenolic, carboxylic, inferring that the adsorbents has characteristics favorable to adsorption. The chemical modifications (NaOH, ZnCl2 and H3PO4 – 1 mol L-1), physical modification (CO2) and pyrolysis (temperature up to 750 ºC) changed the point of zero charge of the tested adsorbents. The optimal sorption conditions of the Cd2+ and Pb2+ ions were: pH: 5.0; adsorbent mass: 4 g L-1 and 40 min mean equilibration time for all the adsorbents tested. In general, the pseudo-second order and D-R models suggested the predominance of physical sorption, and the best mathematical adjustments (R2) occurred by non-linear models. The highest removal efficiency occurred in all cases for the lowest doses of adsorbents evaluated, with high desorption rates for Cd2+ and Pb2+. Most of the materials conformed to the Langmuir, Freundlich and D-R models, suggesting the occurrence of physical adsorption in mono and multilayer. The thermodynamics study showed that the processes were mostly spontaneous or became spontaneous as the temperature increases and pointed to the occurrence of physical adsorption. However, it is possible to infer that the activated carbons have an even greater potential for the removal efficiency of Cd2+ and Pb2+ when compared to their precursor biosorbents. In addition, future studies aimed at evaluating other process variables, such as temperature and time of pyrolysis are desirable, considering that the residual biomass of canola presents extremely production of modified adsorbents.
Keywords: Adsorção
Adsorventes
Resíduos agrícolas
Modelagem matemática
Metais tóxicos
CNPq areas: CIÊNCIAS AGRÁRIAS:AGRONOMIA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Agrárias
Program: Programa de Pós-Graduação em Agronomia
Campun: Marechal Cândido Rondon
Citation: SCHILLER, Andréia da Paz. Produção de carvão ativado de resíduos de grãos de canola visando remediação de recursos hídricos contaminados por metais tóxicos. 2019. 158 f. Dissertação ( Mestrado em Agronomia) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Marechal Cândido Rondon, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4595
Issue Date: 29-Jul-2019
Appears in Collections:Mestrado em Agronomia (MCR)

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