Biossorção de íons metálicos em águas utilizando casca de pinus como material adsorvente alternativo

• Main Author: Strey, Leonardo
• Other Authors: Gonçalves Júnior, Affonso Celso
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual do Oeste do Paraná 2017
• Subjects: Residuos florestais; Adsorção; Modelos cinéticos; Isotermas; Forest residues; Adsorption; Kinetic models; Isotherms; CIÊNCIAS AGRÁRIAS:AGRONOMIA
• Online Access: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1253

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:36:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_Diss_Leonardo_StreyProt.pdf: 1886831 bytes, checksum: f0eb61d130d6fa0e5a0fa7362ee15fa8 (MD5) Previous issue date: 2013-08-01 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === This work proposes the use of the bark of Pinus elliottii, a residue of wood processing, as biosorbent in the removal of metal ions Cd2+, Pb2+ and Cr3+solutions fortified, as an alternative to conventional treatment methods, such as precipitation, ion exchange, electrochemical treatment, flocculation and filtration. The biosorbent was characterized by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FT-IR) and point of zero charge (pHPCZ). Adsorption tests were performed aiming to determine the optimal conditions of pH, mass of adsorbent and contact time for the adsorption process. The adsorption kinetics was evaluated by pseudofirst and pseudosecond order models, Elovich and intraparticle diffusion. Adsorption isotherms for each metal were constructed, which were linearized according to mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radusckevich. To compare this biosorbent with a commercial adsorbent, comparative studies with activated charcoal were performed . Furthermore, we evaluated the ability of desorption of materials and the influence of temperature on adsorption of metals studied by pine bark. The characterization of the biosorbent by SEM showed a rough and heterogeneous surface, important adsorption characteristics. From the FT-IR was identified compounds such as lignin, cellulose and hemicellulose, which favor the adsorption process. The pHPZC obtained was 3.5. The mass tests showed that 8 g L-1 biosorbent are sufficient for efficient removal of metal ions in solution. From the tests of pH, optimum conditions were obtained: 7.0 for Cd and 5.0 to Pb and Cr. The equilibrium time for adsorptive process were 40, 20 and 80 min for Cd, Pb and Cr, respectively. With the application of kinetic models is possible to suggest that the main limiting step for adsorption of these metal ions may be the chemisorption. The mathematical models that best fitted for the adsorption pine bark were Dubinin-Radushkevich for Cd, Freundlich for Pb, and Langmuir and Freundlich for Cr. The increase in temperature increased removal efficiency and, furthermore, with the thermodynamic parameters, it was found that the adsorption process is controlled by chemisorption. Desorption values were low, indicating a strong interaction of the metal with the surface of the adsorbent. In comparative studies with activated coal its possible to concluded that, despite the bark of Pinus elliottii present an adsorption efficiency less than this, the same satisfactory results of adsorption and removal of metal ions present in solutions fortified. Thus, it is concluded that the use of the bark of Pinus elliottii as biosorbents showed a promising alternative for the decontamination of contaminated water bodies by metal ions Cd, Pb and Cr === O presente trabalho propõe a utilização da casca de Pinus elliottii, um resíduo do beneficiamento da madeira, como biossorvente na remoção dos íons metálicos Cd2+, Pb2+ e Cr3+ de meio aquoso, como alternativa aos métodos convencionais de tratamento, como a precipitação, troca iônica, tratamento eletroquímico, floculação e filtração. O biossorvente foi caracterizado por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR) e ponto de carga zero (pHPCZ). Após a caracterização foram realizados testes de adsorção objetivando determinar as condições ideais de pH, massa de adsorvente e tempo de contato para o processo de adsorção. A cinética de adsorção foi avaliada pelos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. Foram construídas as isotermas de adsorção para cada metal, as quais foram linearizadas conforme os modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radusckevich. Visando comparar este biossorvente com um adsorvente comercial, foram realizados estudos comparativos com o carvão ativado. Além disso, foram avaliados a capacidade de dessorção dos materiais e a influência da temperatura no processo de adsorção dos metais em estudo pela casca de pinus. A caracterização do biossorvente por meio da técnica de MEV mostrou uma superfície irregular e heterogênea, importantes características de adsorção. A partir da FT-IR foi possível identificar grupos funcionais comuns a estrutura da lignina, celulose e hemicelulose, os quais favorecem o processo de adsorção. O pHPCZ obtido foi de 3,5. Os testes de massa demonstraram que 8 g L-1 do biossorvente são suficientes para uma remoção eficiente dos íons metálicos em solução. A partir dos testes de pH, as condições ideais obtidas foram: 7,0 para Cd e, 5,0 para Pb e Cr. Os tempos de equilíbrio para o processo adsortivo foram 40, 20 e 80 min, para Cd, Pb e Cr, respectivamente. Com a aplicação dos modelos cinéticos sugere-se que a etapa limitante para a adsorção destes íons metálicos pode ser a quimiossorção. Os modelos matemáticos que melhor se ajustaram para a adsorção em casca de pinus foram Dubinin-Radushkevich para o Cd, Freundlich para Pb e, Langmuir e Freundlich para o Cr. O incremento na temperatura aumentou eficiência de remoção e, além disso, com os parâmetros termodinâmicos, concluiu-se que o processo de adsorção é controlado pela quimissorção. Os valores de dessorção foram baixos, indicando uma forte interação dos metais com a superfície do adsorvente. Com os estudos comparativos com o carvão ativado foi possível concluir que apesar da casca de Pinus elliottii apresentar uma eficiência de adsorção menor que este, a mesma apresentou resultados satisfatórios de adsorção e remoção dos íons metálicos presentes nas soluções fortificadas. Assim, conclui-se que a utilização da casca de Pinus elliottii como biossorvente mostrou-se uma alternativa promissora para descontaminação de corpos hídricos contaminados pelos íons metálicos Cd, Pb e Cr