Materiais nanoporosos para aplicação ambiental com ênfase na adsorção de contaminantes – estudos experimental e teórico

• Main Author: Aguiar, José Euranio de
• Other Authors: Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
• Language: Portuguese
• Published: 2017
• Subjects: Engenharia química; Corantes; Toxinas
• Online Access: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21467

AGUIAR, J. E. Materiais nanoporosos para aplicação ambiental com ênfase na adsorção de contaminantes – estudos experimental e teórico. 2016. 159 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. === Submitted by Hohana Sanders ([e-mail]) on 2016-12-26T16:11:23Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_jeaguiar.pdf: 2650457 bytes, checksum: ddd5941d9240653ba4816f77ccb79b6c (MD5) === Approved for entry into archive by Marlene Sousa ([e-mail]) on 2017-01-05T17:14:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_jeaguiar.pdf: 2650457 bytes, checksum: ddd5941d9240653ba4816f77ccb79b6c (MD5) === Made available in DSpace on 2017-01-05T17:14:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_jeaguiar.pdf: 2650457 bytes, checksum: ddd5941d9240653ba4816f77ccb79b6c (MD5) Previous issue date: 2016-08-12 === Improper disposal of effluents containing contaminants can cause serious environmental problems. The dye can be highly toxic to aquatic systems; still in its composition may carries a high nutrient content can thus promote the process of eutrophication contributing to cyanobacterial bloom that can release toxins harmful to health of living beings. This study evaluated nanoporous materials as adsorbents, one Lamellar Double Hydroxide (LDH) two heterostructure Porous Lamellar (HPL), one pilarred clay the natural clay and five commercial activated carbon for adsorption and removal of dyes and neurotoxins. The materials were characterized by XRD, N2 adsorption-desorption, FTIR, XPS, SEM, elemental analysis, TPD to obtain information on their chemical, structural and textural characteristics. Experiments using a batch system of stirred tanks were performed to determine the effect of pH, contact time and the initial concentration in the adsorption of contaminants. The materials HPL type was evaluated for their ability adsorption of binary mixtures of dyes. Three of the activated carbons were evaluated in the adsorption of a neurotoxin (STX). For the tests in stirred tanks was used a rotary agitation system with acrylic tubes containing a predefined volume of dye and toxin solution in contact with a predetermined mass of adsorbent. The concentrations of the molecules were determined by spectrofotometric and HPLC methods for the dyes and toxins respectively with the aid of a mass balance of the initial phase and the fluid phase. In order to describe the behavior of adsorption isotherms, equilibrium data were correlated with the Langmuir (L), Langmuir-Freundlich (LF), Redlich-Peterson (RP) and Henry model for the dyes and toxins, respectively. For the multicomponent system were used Extended Langmuir (EL), Langmuir Interaction Factor (LIF), Extended Langmuir-Freundlich (ELF), Redlich- Peterson Interaction Factor (RPIF) models and the Ideal Adsorbed Solution Theory (IAST) model. The dye adsorption mechanism in the LDH and carbons were evaluated using Monte Carlo approach. The influence of pH, contact time and initial concentration were of extreme importance for the understanding of adsorption processes in the respective materials for each contaminant and each analyzed system. The implemented isotherm models were suitable for adsorption of contaminants represent the data in the single system. For the binary system involving dyes models were unsatisfactory. The quantities of absorbed contaminants were very representative for all materials evaluated in single and multicomponent systems, which suggests that promising in water and wastewater treatment processes. The results suggest that the molecular simulation can be used as a useful tool for material characterization and elucidation of the quantitative adsorption of contaminants. === O descarte de efluentes sem qualquer tratamento contendo contaminantes pode acarretar sérios problemas ambientais. No caso dos corantes, pode ser altamente tóxicos para sistemas aquáticos e ainda carrear um alto teor de nutrientes favorecendo o processo de eutrofização e contribuindo para floração de cianobactérias que podem liberar toxinas prejudiciais à saúde dos seres vivos. Este estudo avaliou materiais nonoporosos como adsorventes, sendo um Hidróxido Duplo Lamelar (HDL), duas Heteroestrutura Porosa Lamelar (HPL), uma argila com pilares de alumínio a partir de argila natural e cinco carbonos ativados comercial na adsorção e remoção de corantes e neurotóxinas. Os materiais foram caracterizados por DRX, Adsorção-dessorção de N2, FTIR, XPS, MEV, análises elementares e DTP, a fim de se obter informação sobre suas caracteristicas químicas, texturais e estruturais. Experimentos em batelada utilizando um sistema de tanques agitados foram realizados para averiguar o efeito do pH, do tempo de contato e da concentração inicial na adsorção dos contaminantes. Dois materiais do tipo HPL foram avaliados quanto a sua capacidade na adsorção de misturas binárias de corantes. Três dos carbonos ativados foram avaliados na adsorção de uma neurotoxina (STX). Para os ensaios em tanques agitados foi utilizado um sistema de agitação rotatório com tubos de acrílico contendo um volume predefinido de soluções de corantes e toxina em contato com uma massa pré-estabelecida dos adsorventes. As concentrações das moléculas foram determinadas em espectrofotômetro para os corantes e HPLC para as toxinas com o auxílio de um balanço de massa da fase fluída e adsorvida. A fim de descrever o comportamento das isotermas de adsorção, os dados de equilíbrio foram correlacionados com os modelos de Langmuir (L), Langmuir-Freundlich (LF), Redlich-Peterson (RP) e Henry para os corantes e toxinas, respectivamente. Para o sistema multicomponente foram utilizados os modelos de Langmuir Estendido (LE), Langmuir Fator de Interação (LFI), Langmuir-Freundlich Estendido (LFE), Redlich-Peterson Fator de Interação (RPFI) e o modelo da Teória da Solução Adsorvida Ideal (IAST). O mecanismo de adsorção de corantes em HDL e carbonos foi avaliado utilizando a abordagem de Monte Carlo. A influencia do pH do meio, do tempo de contato e da concentração inical foram de suma importância para o entendimento dos processos de adsorção nos respectivos materiais para cada contaminante e cada sistema analisado. Os modelos de isotermas implementados foram adequados para representar os dados de adsorção dos contaminantes no sistema monocomponente. Para o sistema binário envolvendo corantes os modelos não foram satisfatórios. As quantidades adsorvidas dos contaminantes foram bastante significativas para todos os materiais avaliados nos sistemas mono e multicomponente, o que sugere serem promissores nos processos de tratamento de água e efluentes. Os resultados sugerem ainda que a simulação molecular pode ser usada como uma ferramenta útil para a caracterização de materiais e a elucidação dos mecanismos da adsorção de contaminantes.