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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/7193
Tipo do documento: Tese
Title: Biocarvão do osso de tilápia: obtenção e aplicação na remoção de poluentes emergentes
Other Titles: Tilapia-bones biochar: obtainment and application on emerging pollutants removal.
Autor: Bazarin, Guilherme 
Primeiro orientador: Módenes, Aparecido Nivaldo
Primeiro membro da banca: Borba, Carlos Eduardo
Segundo membro da banca: Dragunski, Douglas Cardoso
Terceiro membro da banca: Scheufele, Fabiano Bisinella
Quarto membro da banca: Almeida, Robson Luciano de
Resumo: O osso de tilápia é um resíduo subaproveitado e abundante na região oeste do Paraná, em função do grande número de psiculturas. Assim sendo, este trabalho teve como objetivo o aproveitamento dos ossos como matéria-prima para a obtenção de biocarvão, visando especificamente a sua aplicação como material adsorvente alternativo. Inicialmente foram investigadas as condições de obtenção e ativação (química e física) do biocarvão, em seguida foi realizada a caracterização em relação a área superficial e tamanho de poros (fisissorção de N2), morfologia (microscopia eletrônica de varredura - MEV), composição elementar (energia dispersiva de raios X - EDX), grupos funcionais (espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier – IV-TF), estrutura cristalográfica (dispersão de raios X – DRX) e ponto isoelétrico (pHPCZ). A capacidade adsortiva do biocarvão foi avaliada em testes de adsorção, realizados separadamente, com o corante reativo azul 5G e com o fármaco Tetraciclina, ambos considerados como poluentes emergentes. Foram realizados testes de adsorção em batelada (cinética e equilíbrio) e em coluna de leito fixo. Aos dados de equilíbrio foram ajustados modelos de isotermas amplamente utilizados na literatura. Ainda, três modelos matemáticos cinéticos fenomenológicos foram aplicados aos dados experimentais em sistema batelada, buscando uma melhor compreensão do processo de adsorção pelo biocarvão. Cada modelo cinético considerou apenas uma etapa limitante do processo global de adsorção, ou seja, do processo de transferência de massa (T.M.): (I) o primeiro levou em conta a resistência a T.M. do seio da fase líquida até a superfície do adsorvente (modelo RETM); (II) o segundo a resistência a T.M. da difusão intrapartícula (modelo RITM); e (III) o terceiro considera a adsorção nos sítios ativos e, possível, formação de multicamadas (modelo AMM). Utilizando os dados e parâmetros obtidos em sistemas batelada (cinética e equilíbrio), um modelo matemático para adsorção em coluna de leito fixo foi aplicado com a intenção de simular e prever o processo de adsorção em sistema contínuo. Os resultados mostram que o biocarvão de ossos de tilápia é um material bifásico, constituído por compostos de apatitas (Hidroxiapatita pura e carbonatada) (fase cristalina) e carbono (fase amorfa). Apresenta estrutura porosa complexa com predominância de mesoporos (diâmetro médio de poros de 8,9 nm) e área superficial de 124 m2 g-1. Os resultados dos testes de sorção mostram alta capacidade de remoção do corante (q ≈ 60 mg L-1) e do fármaco (q ≈ 120 mg L-1). Pelos valores de capacidade de remoção estimados dos dados obtidos em coluna de leito fixo, pode-se dizer que o biocarvão tem potencial para ser utilizado em processos de sorção em sistema contínuo. O modelo para coluna de leito fixo obteve boa previsão da tendência da formação das curvas de ruptura para o processo de adsorção do corante e da tetraciclina, tanto em baixas quanto em altas concentrações. A capacidade de predizer dados de coluna de leito fixo baseando-se nos parâmetros estimados do sistema batelada, mostra a importância dessa ferramenta no desenvolvimento de projetos para aumento de escala em processos de adsorção. A alta capacidade de adsorção dos poluentes avaliados, tanto no sistema batelada quanto em sistema contínuo, e as características físicas e químicas desejáveis evidenciam o grande potencial biocarvão obtido do resíduo ósseo de tilápia como possível alternativa a adsorventes comerciais.
Abstract: Tilapia bone is an underutilized and abundant residue in western Paraná, due to the large number of psicultures. Therefore, this work aimed to use the bones as raw material for obtaining biochar, specifically aiming at its application as an alternative adsorbent material. Initially, the conditions for obtaining and activating (chemical and physical) biochar were investigated, then the characterization was carried out in relation to surface area and pore size (N2 physisorption), morphology (scanning electron microscopy - SEM), elementary composition (X-ray dispersive energy - EDX), functional groups (Fourier Transform infrared spectroscopy – FT-IR), crystallographic structure (X-ray dispersion - XRD) and isoelectric point (pHPZC). The adsorptive capacity of the biochar was evaluated in adsorption tests, carried out separately, with the reactive dye blue 5G and with the drug Tetracycline, both considered as emerging pollutants. Batch (kinetics and equilibrium) and fixed bed column adsorption tests were performed. Equilibrium models were adjusted to the equilibrium data widely used in the literature. In addition, three phenomenological kinetic mathematical models were applied to the experimental data in a batch system, seeking a better understanding of the adsorption process by biochar. Each kinetic model considered only one limiting step of the global adsorption process, that is, the mass transfer process (T.M.): (I) the first took into account the resistance to T.M. from the sinus of the liquid phase to the adsorbent surface (RETM model); (II) the second resistance to T.M. intraparticle diffusion (RITM model); and (III) the third considers the adsorption in the active sites and, possibly, the formation of multilayers (AMM model). Using the data and parameters obtained in batch systems (kinetics and equilibrium), a mathematical model for adsorption in a fixed bed column was applied with the intention of simulating and predicting the adsorption process in a continuous system. The results show that the tilapia bone biochar is a biphasic material, consisting of compounds of apatites (pure and carbonated hydroxyapatite) (crystalline phase) and carbon (amorphous phase). It has a complex porous structure with a predominance of mesopores (average pore diameter of 8.9 nm) and 124 m2 g-1 of surface area. The results of the sorption tests show a high capacity to remove the 5G dye (q ≈ 60 mg L-1) and the tetracycline (q ≈ 120 mg L-1). By the estimated removal capacity values of the data obtained in a fixed bed column, it can be said that the biochar has the potential to be used in sorption processes in a continuous system. The fixed bed column model obtained a good forecast of the tendency of the formation of rupture curves for the dye and tetracycline adsorption process, both in low and high concentrations. The ability to predict data from the fixed bed column based on the estimated parameters of the batch system, shows the importance of this tool in the development of projects to increase the scale in adsorption processes. The high adsorption capacity of the pollutants evaluated, both in batch and continuous systems, and the desirable physical and chemical characteristics show the great biocarbon potential obtained from the tilapia bone residue as a possible alternative to commercial adsorbents.
Keywords: Ossos de tilápia
Biocarvão bifásico
Modelagem matemática fenomenológica
Modelo preditivo
Tetraciclina
Corante reativo azul 5G
Tilapia fish bone
Biphasic biochar
Phenomenological mathematical modelling
Tetracycline
Reactive 5G dye
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: BAZARIN, Guilherme. Biocarvão do osso de tilápia: obtenção e aplicação na remoção de poluentes emergentes. 2020. 168 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://tede.unioeste.br/handle/tede/7193
Issue Date: 28-May-2020
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química (TOL)

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