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Remoção de metais em água utilizando Eichhornia crassipes na forma in natura, biocarvão e híbrido magnético / Removal of the metals from water using in natura, biochar, magnetic hybrid composite from Eichhornia crassipesLima, Jôse Raymara Alves 26 February 2018 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Water hyacinth (Eichhornia crassipes) is an invasive aquatic weed whose main
characteristic is its high growth rate. The methods applied to control this plant
have high cost and waste generation. Using the water hyacinth as an adsorbent
for remediation of metals is a viable and eco-friendly application. In this work, a
magnetic hybrid adsorbent matrix (AGMG) was synthesized utilizing water
hyacinth (Eichhornia crassipes) biomass to compose an organic phase, and its
adsorption efficiency was compared to the adsorption efficiency of in natura
(AGIN) water hyacinth and its biochar (BIO) in the remediation of metals in
water. The adsorbents were characterized by infrared spectroscopy, confirming
the presence of hydroxyl groups and carboxylates, with bands that are typical of
cellulose, hemicellulose and lignin, structures found in AGIN and BIO. The
AGMG spectrum presented the bands previously described and new bands in
the region of 513 cm-1, characteristic of the Fe-O bond of CoFeO4, confirming
the formation of a magnetic hybrid. The essays on the influence of pH on the
remediation of copper, zinc, nickel and cobalt presented higher percentages of
removal in the range of pH 4-5 for all adsorbents, and the following crescent
order of removal efficiency AGIN<AGMG<BIO for all metals. The kinetic studies
showed fast kinetics for the three adsorbents and the metals under study with a
removal rate of more than 50% in the first 5 minutes. The kinetic data were
adjusted to the pseudo-second order model, with correlation coefficients higher
than 0,99 for the three materials. The AGMG was prominent among the other
adsorbents because its adsorption capacity is high and its separation from the
aqueous medium is more feasible. The isotherm data for the AGMG were
adjusted to the Langmuir model, showing a good linear correlation in the
concentration range studied (5-250 mg g-1), with correlation coefficient r2
between 0,9973-0,9999. The values of the calculated maximum capacity of
AGMG (qmax) were 18,3 mg g-1 Cu (II), 10,1 mg g-1 Zn (II) and 7,33 mg-1 Ni (II).
The percentage of removal in the different mixed solutions by the adsorbent
AGMG followed this order of selectivity, Cu>Zn>Ni, copper as a highlight, >
84% removal in all evaluated mixed solutions. The AGMG was reused in four
cycles of adsorption in mixed solution, without using a desorption process, and
the efficiency varied according to the metal. The adsorption of copper remained
high in all cycles, with 77% removal in the first cycle and 72% in the fourth
cycle. For zinc and nickel, the removal decreased with each cycle, and in the
third cycle there was no more nickel removal. The saturated with metals AGMG
residues (AGMG-sat) showed high catalytic activities in the reduction of 4-
nitrophenol to 4-aminophenol. The residues were reused in ten reduction cycles
and the conversion rate in the cycles ranged from 88,9 to 100%, with short
periods of time (21-26 s). / Aguapé (Eichhornia crassipes) é uma planta daninha aquática invasora cuja
principal característica é sua alta taxa de crescimento. Os métodos aplicados
para o controle dessas plantas possuem alto custo e geração de resíduos.
Uma aplicação viável e eco-amigável é utilizá-la como adsorvente para a
remediação de metais. Neste trabalho foi efetuada a síntese de uma matriz
adsorvente híbrida magnética (AGMG) utilizando a biomassa aguapé
(Eichhornia crassipes), para compor a fase orgânica, e comparou sua eficiência
adsortiva com a aguapé in natura (AGIN) e seu biocarvão (BIO), na remediação
de metais em água. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia
de infravermelho, que confirmou a presença de grupos hidroxilas e
carboxilatos, com bandas típicas da celulose, hemicelulose e lignina, estruturas
essas encontradas no AGIN e BIO. O espectro do AGMG apresentou as
bandas descritas anteriormente e novas bandas na região de 513 cm-1,
característica da ligação Fe-O da CoFeO4, confirmando a formação do híbrido
magnético. Os ensaios da influência do pH na remediação do cobre, zinco,
níquel e cobalto mostraram maiores porcentagens de remoção na faixa de pH
4-5, para todos os adsorventes, podendo estabelecer a seguinte ordem
crescente de eficiência de remoção AGIN<AGMG<BIO para todos os metais. O
estudo cinético evidenciou uma cinética rápida para os três adsorventes e os
metais em estudo com uma taxa de remoção superior a 50% nos primeiros 5
minutos. Os dados cinéticos ajustaram-se ao modelo de pseudo-segunda
ordem, com coeficientes de correlação superiores a 0,99 para os três materiais.
O AGMG destacou-se entre os demais adsorventes devido sua alta capacidade
de adsorção e de ser mais viável sua separação do meio aquoso. Os dados
das isotermas para o AGMG ajustaram-se ao modelo de Langmuir,
apresentando boa correlação linear na faixa de concentração estudada (5-250
mg g-1), com coeficiente de correlação r2 entre 0,9973-0,9999. Os valores de
capacidade máxima do AGMG calculada (qmax) foram de 18,3 mg g-1 Cu(II),
10,1 mg g-1 Zn(II) e 7,33 mg -1 Ni(II). A porcentagem de remoção nas diferentes
soluções mistas pelo adsorvente AGMG seguiu a ordem de seletividade,
Cu>Zn>Ni, com destaque para o cobre >84% de remoção em todas as
soluções mistas avaliadas. O AGMG foi reutilizado em quatro ciclos de
adsorção em solução mista, sem utilização de processo de dessorção, e a
eficiência variou de acordo com o metal. A adsorção para o cobre permaneceu
elevada em todos os ciclos, com 77% de remoção no primeiro ciclo e 72% no
quarto ciclo. Para o zinco e níquel, a remoção diminuiu a cada ciclo, sendo que
no terceiro ciclo não houve mais remoção de níquel. Os resíduos do AGMG
saturados com metais (AGMG-sat) apresentaram altas atividades catalíticas na
redução do 4-nitrofenol a 4-aminofenol. Os resíduos foram reutilizados em dez
ciclos de redução e a taxa de conversão nos ciclos variou de 88,9-100%, com
curtos tempos (21-26 s). / São Cristóvão, SE
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ADSORÇÃO DE CORANTES TÊXTEIS POR CARVÃO ATIVADO PREPARADO A PARTIR DO AGUAPÉ (Eichhornia crassipes) / ADSORPTION OF TEXTILE DYES FOR ACTIVATED CARBON PREPARED FROM WATER HYACINTH (Eichhornia crassipes)Lucena, Júlio Evangelista de 02 May 2014 (has links)
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Previous issue date: 2014-05-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Activated carbon produced from water hyacinth (CAA) was used for the adsorption of textile dye Remazol Turquoise and Violet Remazol aqueous solutions. ZnCl₂ was used as the activating agent in the impregnation ratio (2:1) and pyrolysis was at 700 ° C under N₂ flow, resulting in a surface area with CAA 640 m² gˉ¹. The adsorbent was characterized, and analysis of the surface area by the BET method, by elemental analysis, vibrational spectroscopy in the infrared region, Boehm titration method, which quantified the phenolic, carboxylic and lactonic groups groups on the carbon surface, thermogravimetric analysis, diffraction the x rays and point of zero charge (PZC). Factors affecting adsorption, such as pH, equilibration time, concentration of adsorbate and temperature were estudied in batch system. The activated carbon showed better adsorption rate at pH's in the acidic range. The kinetic data were fitted to models Elovich, pseudo first order and pseudo-second order, which the Elovich model showed better fit. Adsorption isotherms were measured and fitted to Langmuir and Freundlich models, where the latter provided better fit to the experimental data. The thermodynamic data obtained by evaluation of the isotherms at temperatures of 10, 25, 35, 45 and 55 ° C, indicated that the adsorptive process is endothermic, spontaneous and favorable. The CAA proved ultimately to be a good alternative in the adsorption of the dyes studied, it showed a low production cost and a high rate of removal. / Carvão ativado produzido a partir do aguapé (CAA) foi utilizado para a adsorção dos corantes textêis Turquesa Remazol (TR) e Violeta Remazol (VR) em meio aquoso. Foi ultilizado o ZnCl₂ como agente ativante por impregnação na proporção (2:1) e a pirólise ocorreu em 700° C, sob fluxo de N₂, resultando em um CAA com área superficial de 640 m² gˉ¹. O adsorvente foi caracterizado, além de análise da área superficial pelo método BET, por análise elementar, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, titulação pelo método de Boehm, que quantificou os grupos fenólicos, lactônicos e carboxílicos na superfície do carvão, análise termogravimétrica, difratometria de raios x e ponto de carga zero (pcz). Fatores que afetam a adsorção, como pH, tempo de equilíbrio, concentração do adsorvato e temperatura foram estudados em sistema de batelada. O carvão ativado apresentou uma boa taxa de adsorção em pH s na faixa ácida. Os dados cinéticos foram ajustados aos modelos de Elovich, pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, apresentando melhor ajuste o modelo de Elovich. Isotermas de adsorção foram determinadas e ajustadas aos modelos de Langmuir e Freundlich, onde o último forneceu melhor ajuste aos dados experimentais. Os dados termodinâmicos, obtidos pela avaliação das isotermas nas temperaturas de 10, 25, 35, 45 e 55° C, indicaram que o processo adsortivo é endotérmico, espontâneo, e favorável. O CAA mostrou, por fim, ser uma boa alternativa na adsorção dos corantes estudados, pois apresentou um baixo custo de produção e um alto índice de remoção.
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