Estudo da adsorção de atrazina e carbendazim em biocarvão ativado produzido a partir da pirólise da palha de milho

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Tipo do documento:	Tese
Title:	Estudo da adsorção de atrazina e carbendazim em biocarvão ativado produzido a partir da pirólise da palha de milho
Other Titles:	Study of atrazine and carbendazim adsorption onto activated biochar produced by pyrolysis of corn straw
Autor:	Nascimento, Cleuciane Tillvitz do
Primeiro orientador:	Borba, Carlos Eduardo
Primeiro coorientador:	Silva, Edson Antonio da
Primeiro membro da banca:	Dragunski, Douglas Cardoso
Segundo membro da banca:	Veit, Marcia Teresinha
Terceiro membro da banca:	Alves, Helton José
Quarto membro da banca:	Scheufele, Fabiano Bisinella
Resumo:	Inúmeros estudos têm relatado os efeitos prejudiciais dos pesticidas na saúde humana e animal. A presença dos pesticidas atrazina e carbendazim estão associados ao desenvolvimento de vários tipos de câncer e infertilidade. O objetivo deste trabalho foi avaliar a adsorção dos pesticidas atrazina e carbendazim em biocarvão ativado produzido a partir da pirólise da palha de milho. Para a produção do biocarvão, a palha de milho foi ativada com solução de H3PO4 (1,5 mol L-1), e submetida a pirólise em forno de aquecimento com fluxo de N2 na temperatura de 400 ºC, durante 6 horas. Experimentos cinéticos e de equilíbrio foram realizados para a atrazina e carbendazim, em sistema fechado e batelada. Modelos de adsorção na superfície, difusão no filme líquido e difusão intrapartícula foram aplicados na modelagem dos dados cinéticos. Caracterizações físico-químicas, texturais e morfológicas da palha de milho ativada e não ativada, e do biocarvão produzido foram realizadas. Curvas de ruptura para a adsorção de atrazina em coluna de leito fixo sob diferentes vazões volumétricas e alturas do leito foram obtidas utilizando modelagem matemática fenomenológica (Modelo LDF) associado a um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional. A análise de TGA da palha de milho não ativada, mostrou perfil característico relacionado à degradação de material lignocelulósico de biomassas, e a TGA para a palha ativada mostrou a degradação mais rápida em relação a palha não ativada. Análise de fisissorção de N2 para o biocarvão ativado forneceram valores de área superficial específica, volume total de poros e diâmetro médio de poros de 158 m2 g-1, 0,0960 cm3 g-1 e 17,6 Å, respectivamente. A análise de FTIR do biocarvão ativado indicou a presença de grupos funcionais relacionados a estruturas carbônicas alifáticas e aromáticas presentes na superfície do material. O pHPCZ do biocarvão ativado produzido foi estimado em 5,11. As micrografias de MEV mostraram a grande porosidade do biocarvão ativado. Dados de equilíbrio de adsorção para os pesticidas mostraram processos de adsorção favoráveis, em que, isoterma de Langmuir descreveu adequadamente os sistemas investigados. Os dados cinéticos de adsorção dos pesticidas foram obtidos para diferentes concentrações iniciais de solução (10, 20 e 30 mg L-1), para os quais foram observados tempos de equilíbrio muito similares (600 a 900 min). As capacidades de adsorção de atrazina foram 20,6, 25,3 e 22,06 mg g-1, para as concentrações iniciais de 10, 20 e 30 mg L-1, respectivamente, enquanto para o carbendazim foram 9,44, 21,1 e 34,7 mg g-1. Na descrição da cinética de adsorção, o modelo de difusão intrapartícula ajustou bem aos dados nas três concentrações iniciais de atrazina e carbendazim utilizadas, fornecendo valores de coeficiente de difusão intrapartícula (Def) na grandeza de 10-7 a 10-8 cm² min-1. No estudo de adsorção de atrazina em coluna de leito fixo, a maximização da eficiência da coluna em função das variáveis avaliadas, foi obtida para vazão volumétrica de 2,5 mL min-1 e altura do leito de 13,5 cm, em que, a eficiência experimental obtida foi de 65%. Os resultados mostraram a efetividade do biocarvão ativado de palha de milho na remoção de atrazina e carbendazim de uma fase líquida. O desempenho deste adsorvente o torna promissor na remoção destes pesticidas de águas de consumo.
Abstract:	Innumerous studies have reported the harmful effects of pesticides on human and animal health. The presence of pesticides atrazine and carbendazim are associated with the development of various types of cancer and infertility. The objective of this work was to evaluate the adsorption of the pesticides, atrazine and carbendazim onto biochar produced from pyrolysis of corn straw. For the production of the biochar, the corn straw was activated with solution of H3PO4 (1.5 mol L-1), and submitted to pyrolysis in a heating furnace with N2 flow at 400 ºC for 6 hours. Kinetic and equilibrium adsorption experiments were performed in closed and batch system for both pesticides. The models of adsorption in the adsorbent sites, film diffusion and intraparticle diffusion were applied for the modelling of the kinetics data. Physical-chemical, textural and morphological characterization of activated and non-activated corn straw and the activated biochar produce, were performed. Breakthrough curves for the adsorption of atrazine in fixed bed column under different feed flow rate and bed height, were obtained using a phenomenological mathematic modelling (LDF model) associated to a CCD experimental design. The TGA analysis of non-activated corn straw showed a very characteristic profile related to degradation of lignocellulosic material in biomasses. TGA for activated corn straw showed a faster degradation when compared with the non-activated corn straw. The N2 physisorption analysis for activated biochar from corn straw provided surface area, total pore volume and mean pore diameter of 158 m2 g-1, 0.0960 cm3 g-1 and 17.6 Å, respectively. The FTIR analysis for activated biochar indicated the presence of functional groups related to aliphatic and aromatic carbonic structures present on the surface of the material. The pHZPC of the activated biochar produced was estimated at 5.11. The micrographs obtained from MEV showed a greater porosity of the activated biochar. Adsorption equilibrium data for pesticides showed favorable adsorption processes, where, Langmuir isotherm described the systems investigated. The kinetics adsorption data of the pesticides were obtained for different initial concentrations solutions (10, 20 and 30 mg L-1), where, very similar equilibrium times were observed (600 to 900 minutes). The adsorption capacity of atrazine was 20.6, 25.3 e 22.06 mg g-1 for initial concentrations of 10, 20 and 30 mg L-1, respectively, while for the carbendazim was 9.44, 21.1 e 34.7 mg g-1. In the description of adsorption kinetics, the intraparticle diffusion model fitted well the experimental data in the three initial concentrations of atrazine and carbendazim used, providing values of intraparticle diffusion coefficient (Def) in the magnitude of 10-7 to 10-8 cm² min-1. For the study of atrazine adsorption in fixed bed column, the maximization of efficiency column according with the investigated variables was obtained for feed flow rate of 2.5 mL min-1 and bed height of 13.5 cm, in which, the experimental efficiency was 65 %. The results showed the effectiveness of the biochar from corn straw in the removal of atrazine and carbendazim from liquid phase. The performance of this adsorbent makes it promising in the removal of these pesticides from drinking water.
Keywords:	Adsorção Pesticidas Biocarvão Palha de milho Modelagem matemática Adsorption Pesticides Biochar Corn straw Mathematic modelling
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:	Nascimento, Cleuciane Tillvitz do. Estudo da adsorção de atrazina e carbendazim em biocarvão ativado produzido a partir da pirólise da palha de milho. 2019. 153 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2019.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
Endereço da licença:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI:	https://tede.unioeste.br/handle/tede/7572
Issue Date:	17-Jun-2019
Appears in Collections:	Doutorado em Engenharia Química (TOL)

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