Desenvolvimento de carvão ativado a partir de tabaco visando remediação de águas contaminadas por metais tóxicos

• Main Author: Manfrin, Jessica
• Other Authors: Gonçalves Júnior, Affonso Celso
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual do Oeste do Paraná 2019
• Subjects: Adsorção; Adsorventes alternativos; Descontaminação de recursos hídricos; Isotermas; Poluição hídrica; Sustentabilidade ambiental; CIÊNCIAS AGRÁRIAS:AGRONOMIA
• Online Access: http://tede.unioeste.br/handle/tede/4168

Submitted by Helena Bejio ([e-mail]) on 2019-03-30T01:11:05Z No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO JÉSSICA CORRIGIDA - VERSÃO FINAL.pdf: 5084779 bytes, checksum: 73b1dec4039ee9da5454ed499127db46 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) === Made available in DSpace on 2019-03-30T01:11:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO JÉSSICA CORRIGIDA - VERSÃO FINAL.pdf: 5084779 bytes, checksum: 73b1dec4039ee9da5454ed499127db46 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2019-02-22 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES === Water resources are fundamental elements in the development of living beings and when contaminated can cause problems of environmental, economic and social proportions. Numerous alternatives allow the remediation of this environmental compartment, among them the adsorption. It can be an economically feasible process and it presents high efficiency in the removal of metals. A material with great potential for pollution, which currently does not have an environmentally adequate destination, and can be transformed into adsorbent for decontamination of water resources is the cigarette that is a product originated from seizures carried out by the Federal Police in border regions. An alternative that can solve the problem of disposal of these wastes and subsequently its application in a sustainable way in the remediation of contaminated water is the production of modified adsorbents (activated carbon) using as precursor material the tobacco. Thus, the present work aims to transform these pollutant residues into sustainable adsorbents in the form of activated carbon aimed the remediation of water compartments contaminated by toxic metals (Cd and Pb). For this purpose, carbons were developed under different activation methods (thermal, physical and chemical) and with different modifying agents (NaOH, ZnCl2, 1 mol L-1 H3PO4). After the development of the activated carbons, the materials were characterized by chemical composition, zero load point (pHPCZ), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectra (FT-IR), porosimetry and adsorption tests by means of dose and pH studies, kinetics, equilibrium, thermodynamic and desorption. According to the chemical characterization of the materials, it was observed that the in natura material presents concentrations of toxic metals that remained present in the activated carbon. In addition, the SEMs allowed to verify that the different activations were responsible for changes in the structural formations in the materials, being verified tubular and spongy structures. By the FT-IR it is observed the presence of hydroxyl, phenolic, aromatic and carboxylic groups in the materials and carbonate group only in the activated carbon conferring characteristics favorable to the adsorption. The activating solutions changed the zero load point of the tested adsorbents being observed the follow values: 5.40 for T in natura, 10.39 for CT Biochar, 11.11 for CT in natura + CO2, 9.59 for CT H3PO4 + CO2, 7.74 for CT ZnCl2, 9.05 for CT ZnCl2 + CO2, 12.84 for CT NaOH and 10.86 for CT NaOH + CO2. The optimal adsorption conditions of the Cd2+ and Pb2+ ions were: pH: 5.0; dose of the adsorbent: 4 g L-1 and equilibration time of 45 min for all the adsorbents tested. In general, the Langmuir, Freundlich and Sips models fit the experimental data, suggesting adsorption in mono and multilayer. The pseudo-second order model suggested the predominance of chemosorption in the materials. The removal of the contaminants presented low desorption rates, corroborating with the results of thermodynamics. The materials developed have potential for remediation of water contaminated with Cd and Pb higher than in natura material. === Os recursos hídricos são elementos fundamentais no desenvolvimento dos seres vivos e, quando contaminados, podem ocasionar problemas de proporções ambientais, econômicas e sociais. Inúmeras alternativas possibilitam a remediação desse compartimento ambiental, dentre elas destaca-se a adsorção, um processo economicamente viável e que apresenta elevada eficiência na remoção de metais. Um material com grande potencial poluidor e que atualmente não dispõe de destinação ambientalmente adequada, podendo ser transformado em adsorvente para descontaminação de recursos hídricos é o cigarro, produto originado de apreensões realizadas pela Polícia Federal em regiões fronteiriças. Uma alternativa que pode solucionar o problema de descarte desses resíduos e, posteriormente, sua aplicação de forma sustentável na remediação de águas contaminadas é a produção de adsorventes modificados (carvão ativado) utilizando como matéria prima o tabaco. Dessa forma, o presente trabalho objetiva transformar estes resíduos poluentes em adsorventes sustentáveis, na forma de carvão ativado, visando remediação de compartimentos hídricos contaminados por metais tóxicos (Cd e Pb). Para tal, foram desenvolvidos carvões sob diferentes métodos de ativação (térmica, física e química) e com diferentes agentes modificantes (NaOH, ZnCl2, H3PO4 a 1 mol L-1). Após o desenvolvimento dos carvões ativados, foi realizada a caracterização dos materiais por meio de composição química, ponto de carga zero (pHPCZ), microscopia de varredura eletrônica (MEV), espectros de infravermelho (FT-IR), porosimetria e testes de adsorção, por meio de estudos de dose e pH, cinética, equilíbrio, termodinâmica e de dessorção. De acordo com a caracterização química dos materiais, observou-se que o material in natura apresenta concentrações de metais tóxicos que se mantiveram presentes nos carvões ativados. Ademais, as MEV’s possibilitaram verificar que as diferentes ativações foram responsáveis por alterações nas formações estruturais nos materiais, sendo verificadas estruturas tubulares e esponjosas. Pelo FT-IR observa-se a presença de grupos hidroxila, fenólico, aromático e carboxílico nos materiais e do grupo carbonato apenas nos carvões ativados, conferindo características favoráveis à adsorção. As soluções ativantes alteraram o ponto de carga zero dos adsorventes testados, sendo observados os seguintes valores: 5,40 para T in natura, 10,39 para CT Biochar, 11,11 para CT in natura + CO2, 9,59 para CT H3PO4 + CO2, 7,74 para CT ZnCl2, 9,05 para CT ZnCl2 + CO2, 12,84 para CT NaOH e 10,86 para CT NaOH + CO2. As condições ótimas de adsorção dos íons Cd2+ e Pb2+ foram: pH: 5,0; dose do adsorvente: 4 g L-1 e tempo de equilíbrio médio entre adsorvente e adsorvato de 45 min. De maneira geral, os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips se ajustaram aos dados experimentais, sugerindo adsorção de metais em mono e multicamadas. O modelo de pseudo-segunda ordem sugeriu a predominância de quimiossorção nos materiais. A remoção dos contaminantes apresentou baixas taxas de dessorção, corroborando com os resultados de termodinâmica. Os materiais desenvolvidos possuem potencial para remediação de águas contaminadas com Cd e Pb superior ao material in natura, sendo o CT NaOH + CO2 o material mais eficiente na remoção de Cd e o material CT ZnCl2 + CO2 o mais eficiente na remoção de Pb.