As indústrias têxteis têm contribuído diretamente para a contaminação do meio ambiente, principalmente devido ao descarte dos efluentes que são gerados no processo de tingimento das fibras. Geralmente, esses efluentes apresentam coloração acentuada e composição variável. Por isso, existe uma grande preocupação em se realizar o tratamento adequado dos mesmos. Dentre as técnicas utilizadas para essa finalidade, a adsorção tem recebido especial atenção, por ser altamente eficiente e apresentar baixo custo. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade adsorvente de um compósito à base de haloisita nanotubular (HNT) e de nanopartículas de magnetita (Fe3O4) na remoção do corante catiônico verde de malaquita (MG) em meio aquoso. Primeiramente, o compósito de HNT-Fe3O4 foi preparado através do método de precipitação química, utilizando uma solução de sais de ferro (II) e (III), e HNT. Em seguida, o mesmo foi caracterizado por meio das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão em energia por raios X (EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX), determinação da área superficial específica e tamanhos de poro, utilizando o método de Brunauer, Emmet e Teller (BET) e determinação do pH no ponto de carga zero (pHPCZ). Após a caracterização, a capacidade de adsorção do compósito de HNT-Fe3O4 foi investigada em sistema de batelada, sob temperatura controlada (25 °C). A concentração remanescente de MG nos experimentos de adsorção foi estimada por meio da técnica de espectroscopia de absorção molecular na região do visível, utilizando uma curva de calibração externa. Além disso, a influência de parâmetros experimentais, como velocidade de agitação do sistema, massa de adsorvente, pH inicial do meio, concentração inicial do corante e tempo de contato foi igualmente avaliada. Com relação à cinética de adsorção, o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor descreveu o processo. No que se refere ao equilíbrio de adsorção, os resultados experimentais (R2 = 0,9578) apresentaram um melhor ajuste à isoterma de Freundlich, com valores para a constante de Freundlich (kF) e capacidade máxima de adsorção (qm) iguais a 1,86 L g-1 e 44,25 mg g-1. Os dados termodinâmicos revelaram um processo de adsorção físico e espontâneo, com valores de ΔG°ads, ΔH°ads e ΔS°ads iguais a -4,61 kJ mol-1, -28,13 kJ mol-1 e -77,60 J mol-1 K-1, respectivamente. Por fim, o compósito de HNT-Fe3O4 demonstrou ser um adsorvente eficiente na remoção do corante catiônico MG em meio aquoso, podendo ser reutilizado em mais de um ciclo de remoção, sem perdas significativas de propriedades após o processo de regeneração por calcinação. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-07-10T18:01:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Catusa De Marco.pdf: 2319252 bytes, checksum: 036ed363d77222aacc66562d741f81f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-10T18:02:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Catusa De Marco.pdf: 2319252 bytes, checksum: 036ed363d77222aacc66562d741f81f3 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / Textile industries have directly contributed to the contamination of the environment, mainly due to the disposal of effluents, which are generated in the dyeing process. Frequently, these effluents have different colors and variable compositions. Therefore, there is great concern in performing the appropriate treatment of them. Among the techniques used for this purpose, adsorption has received special attention because it is highly efficient and presents low cost. In this context, this study aimed to evaluate the adsorbent capacity of a composite based on nanotubular halloysite (HNT) and magnetite nanoparticles (Fe3O4) for the removal of cationic dye malachite green (MG) in aqueous medium. Firstly, the HNT-Fe3O4 composite was prepared by the chemical precipitation method using a solution of iron salts (II) and (III), and HNT. Then, it was characterized by means of several techniques including scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), specific surface area and pore size, using the Brunauer, Emmett and Teller method (BET), and determination of pH at the point of zero charge (pHPZC). After the characterization, the adsorption capacity of the HNT-Fe3O4 composite was investigated in a batch system, under controlled temperature (25 °C). The remaining concentration of MG in adsorption experiments was estimated using the molecular absorption spectroscopy in the visible region with an external calibration curve. Furthermore, the influence of experimental parameters, such as system stirring rate, adsorbent mass, initial pH, initial dye concentration and contact time were also evaluated. The experimental results showed that the adsorption kinetics was better described using a pseudo-second-order model. Regarding the adsorption equilibrium, Freundlich isotherm showed a better fit (R2 = 0.9578) to adsorption data, with values for the Freundlich constant (kF) and maximum adsorption capacity (qm) equal to 1.86 L g-1 and 44.25 mg g-1. On the other hand, the thermodynamic parameters revealed a physical and spontaneous adsorption process, with values of ΔG°ads, ΔH°ads, and ΔS°ads equal to -4.61 kJ mol-1, -28.13 kJ mol-1, and -77.60 J mol-1 K-1, respectively. Finally, the composite HNT-Fe3O4 proved to be a good adsorbent for the removal of MG cationic dye in aqueous medium and can be reused for several adsorption cycles without losing significant properties after the regeneration process by calcination.

Fundação Araucária; Parque Tecnológico Itaipu / Este estudo teve por objetivo aplicar a técnica de eletrofloculação na solução aquosa composta pela mistura de corantes têxteis, Azul Turquesa e Vermelho Escarlate investigando o efeito da corrente elétrica, tempo de tratamento e alumínio dissolvido com relação à remoção da cor. A análise da remoção da cor foi obtida a partir do método da deconvolução dos espectros de absorção na região do visível separandose as bandas de absorção dos dois corantes. Posteriormente, configurou-se um sistema fotovoltaico para utilização da energia como fonte de alimentação na técnica de eletrofloculação. Para a realização da pesquisa, o procedimento experimental foi realizado em duas etapas. Na primeira etapa, os ensaios foram conduzidos com base em um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), composto por 12 ensaios, executados em duplicata, a fim de otimizar o processo. Utilizou-se como variáveis independentes a corrente elétrica e o tempo de tratamento, obtendo como variável dependente a percentagem de remoção da cor em três distintos centros absorvedores. Na segunda etapa, foi utilizada a energia proveniente de painel fotovoltaico, acoplada diretamente aos eletrodos de sacrifício com corrente elétrica e tempo de tratamento otimizados, obtidos na primeira etapa. Aplicou-se este procedimento na solução mistura e no efluente sintético em duas condições meteorológicas: um dia de céu limpo e outro dia de céu parcialmente nublado. Constatou-se que a utilização do método da deconvolução foi viável, pois foi possível realizar a separação dos centros absorvedores e identificar os valores da corrente e tempo de tratamento otimizados, no processo de remoção da cor para cada um dos corantes presentes na mistura. Utilizando o tempo otimizado de 16 min e a corrente de 0,33A, obteve-se uma porcentagem de remoção média acima de 90% para ambos os corantes. Com relação a utilização de energia alternativa, conclui-se que é viável a utilização de painel fotovoltaico como fonte de alimentação na técnica de Eletrofloculação aplicada ao tratamento de efluente têxtil, obtendo-se até 99% de remoção da cor em dia céu limpo e 97% em dia de céu parcialmente nublado. / This study aimed to apply the electrofloculation technique in aqueous solution consisting of the mixture of textile dyes, Turquoise and Red Scarlet investigating the effect of electric current, treatment time and aluminum dissolved in relation to the color removal. The analysis of the color removal was obtained from the deconvolution method of the absorption spectra in the visible region separating the two dyes of the absorption bands. Subsequently, it was set up a photovoltaic system to use energy as a power source in electrofloculation technique. For the research, the experimental procedure was performed in two stages. In the first stage, tests were conducted based on central composite rotational design (CCRD), consisting of 12 trials run in duplicate, in order to optimize the process. Electrical current and treatment time were used as independent variables, obtaining, as the dependent variable, the percentage color removal centers in three separate absorbers. In the second stage was used the energy from photovoltaic panel, coupled directly to galvanic anode with electrical current and treatment time optimized, obtained in the first step. This procedure was applied to the mixture solution and synthetic sewage in two different weather conditions: on a clear sky day and on a partly cloudy day. It was found that the use of the deconvolution method was feasible, it was possible to perform the separation of absorbing centers and to identify the optimal current and the treatment time in the color removal process for each of the dyes in the mixture. Using the optimal time of 16 min and the current 0,33A were obtained an average percentage of removing over 90% for both dyes. Regarding the use of alternative energy, it is concluded that the use of photovoltaic panel as a power source in Electrofloculation technique applied in the treatment of textile effluents is feasible, resulting in up to 99% color removal on clear skies and 97 day % on partly cloudy sky.

Fundação Araucária; Parque Tecnológico Itaipu / Este estudo teve por objetivo aplicar a técnica de eletrofloculação na solução aquosa composta pela mistura de corantes têxteis, Azul Turquesa e Vermelho Escarlate investigando o efeito da corrente elétrica, tempo de tratamento e alumínio dissolvido com relação à remoção da cor. A análise da remoção da cor foi obtida a partir do método da deconvolução dos espectros de absorção na região do visível separandose as bandas de absorção dos dois corantes. Posteriormente, configurou-se um sistema fotovoltaico para utilização da energia como fonte de alimentação na técnica de eletrofloculação. Para a realização da pesquisa, o procedimento experimental foi realizado em duas etapas. Na primeira etapa, os ensaios foram conduzidos com base em um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), composto por 12 ensaios, executados em duplicata, a fim de otimizar o processo. Utilizou-se como variáveis independentes a corrente elétrica e o tempo de tratamento, obtendo como variável dependente a percentagem de remoção da cor em três distintos centros absorvedores. Na segunda etapa, foi utilizada a energia proveniente de painel fotovoltaico, acoplada diretamente aos eletrodos de sacrifício com corrente elétrica e tempo de tratamento otimizados, obtidos na primeira etapa. Aplicou-se este procedimento na solução mistura e no efluente sintético em duas condições meteorológicas: um dia de céu limpo e outro dia de céu parcialmente nublado. Constatou-se que a utilização do método da deconvolução foi viável, pois foi possível realizar a separação dos centros absorvedores e identificar os valores da corrente e tempo de tratamento otimizados, no processo de remoção da cor para cada um dos corantes presentes na mistura. Utilizando o tempo otimizado de 16 min e a corrente de 0,33A, obteve-se uma porcentagem de remoção média acima de 90% para ambos os corantes. Com relação a utilização de energia alternativa, conclui-se que é viável a utilização de painel fotovoltaico como fonte de alimentação na técnica de Eletrofloculação aplicada ao tratamento de efluente têxtil, obtendo-se até 99% de remoção da cor em dia céu limpo e 97% em dia de céu parcialmente nublado. / This study aimed to apply the electrofloculation technique in aqueous solution consisting of the mixture of textile dyes, Turquoise and Red Scarlet investigating the effect of electric current, treatment time and aluminum dissolved in relation to the color removal. The analysis of the color removal was obtained from the deconvolution method of the absorption spectra in the visible region separating the two dyes of the absorption bands. Subsequently, it was set up a photovoltaic system to use energy as a power source in electrofloculation technique. For the research, the experimental procedure was performed in two stages. In the first stage, tests were conducted based on central composite rotational design (CCRD), consisting of 12 trials run in duplicate, in order to optimize the process. Electrical current and treatment time were used as independent variables, obtaining, as the dependent variable, the percentage color removal centers in three separate absorbers. In the second stage was used the energy from photovoltaic panel, coupled directly to galvanic anode with electrical current and treatment time optimized, obtained in the first step. This procedure was applied to the mixture solution and synthetic sewage in two different weather conditions: on a clear sky day and on a partly cloudy day. It was found that the use of the deconvolution method was feasible, it was possible to perform the separation of absorbing centers and to identify the optimal current and the treatment time in the color removal process for each of the dyes in the mixture. Using the optimal time of 16 min and the current 0,33A were obtained an average percentage of removing over 90% for both dyes. Regarding the use of alternative energy, it is concluded that the use of photovoltaic panel as a power source in Electrofloculation technique applied in the treatment of textile effluents is feasible, resulting in up to 99% color removal on clear skies and 97 day % on partly cloudy sky.

As indústrias têxteis têm contribuído diretamente para a contaminação do meio ambiente, principalmente devido ao descarte dos efluentes que são gerados no processo de tingimento das fibras. Geralmente, esses efluentes apresentam coloração acentuada e composição variável. Por isso, existe uma grande preocupação em se realizar o tratamento adequado dos mesmos. Dentre as técnicas utilizadas para essa finalidade, a adsorção tem recebido especial atenção, por ser altamente eficiente e apresentar baixo custo. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade adsorvente de um compósito à base de haloisita nanotubular (HNT) e de nanopartículas de magnetita (Fe3O4) na remoção do corante catiônico verde de malaquita (MG) em meio aquoso. Primeiramente, o compósito de HNT-Fe3O4 foi preparado através do método de precipitação química, utilizando uma solução de sais de ferro (II) e (III), e HNT. Em seguida, o mesmo foi caracterizado por meio das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão em energia por raios X (EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX), determinação da área superficial específica e tamanhos de poro, utilizando o método de Brunauer, Emmet e Teller (BET) e determinação do pH no ponto de carga zero (pHPCZ). Após a caracterização, a capacidade de adsorção do compósito de HNT-Fe3O4 foi investigada em sistema de batelada, sob temperatura controlada (25 °C). A concentração remanescente de MG nos experimentos de adsorção foi estimada por meio da técnica de espectroscopia de absorção molecular na região do visível, utilizando uma curva de calibração externa. Além disso, a influência de parâmetros experimentais, como velocidade de agitação do sistema, massa de adsorvente, pH inicial do meio, concentração inicial do corante e tempo de contato foi igualmente avaliada. Com relação à cinética de adsorção, o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor descreveu o processo. No que se refere ao equilíbrio de adsorção, os resultados experimentais (R2 = 0,9578) apresentaram um melhor ajuste à isoterma de Freundlich, com valores para a constante de Freundlich (kF) e capacidade máxima de adsorção (qm) iguais a 1,86 L g-1 e 44,25 mg g-1. Os dados termodinâmicos revelaram um processo de adsorção físico e espontâneo, com valores de ΔG°ads, ΔH°ads e ΔS°ads iguais a -4,61 kJ mol-1, -28,13 kJ mol-1 e -77,60 J mol-1 K-1, respectivamente. Por fim, o compósito de HNT-Fe3O4 demonstrou ser um adsorvente eficiente na remoção do corante catiônico MG em meio aquoso, podendo ser reutilizado em mais de um ciclo de remoção, sem perdas significativas de propriedades após o processo de regeneração por calcinação. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / Textile industries have directly contributed to the contamination of the environment, mainly due to the disposal of effluents, which are generated in the dyeing process. Frequently, these effluents have different colors and variable compositions. Therefore, there is great concern in performing the appropriate treatment of them. Among the techniques used for this purpose, adsorption has received special attention because it is highly efficient and presents low cost. In this context, this study aimed to evaluate the adsorbent capacity of a composite based on nanotubular halloysite (HNT) and magnetite nanoparticles (Fe3O4) for the removal of cationic dye malachite green (MG) in aqueous medium. Firstly, the HNT-Fe3O4 composite was prepared by the chemical precipitation method using a solution of iron salts (II) and (III), and HNT. Then, it was characterized by means of several techniques including scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), specific surface area and pore size, using the Brunauer, Emmett and Teller method (BET), and determination of pH at the point of zero charge (pHPZC). After the characterization, the adsorption capacity of the HNT-Fe3O4 composite was investigated in a batch system, under controlled temperature (25 °C). The remaining concentration of MG in adsorption experiments was estimated using the molecular absorption spectroscopy in the visible region with an external calibration curve. Furthermore, the influence of experimental parameters, such as system stirring rate, adsorbent mass, initial pH, initial dye concentration and contact time were also evaluated. The experimental results showed that the adsorption kinetics was better described using a pseudo-second-order model. Regarding the adsorption equilibrium, Freundlich isotherm showed a better fit (R2 = 0.9578) to adsorption data, with values for the Freundlich constant (kF) and maximum adsorption capacity (qm) equal to 1.86 L g-1 and 44.25 mg g-1. On the other hand, the thermodynamic parameters revealed a physical and spontaneous adsorption process, with values of ΔG°ads, ΔH°ads, and ΔS°ads equal to -4.61 kJ mol-1, -28.13 kJ mol-1, and -77.60 J mol-1 K-1, respectively. Finally, the composite HNT-Fe3O4 proved to be a good adsorbent for the removal of MG cationic dye in aqueous medium and can be reused for several adsorption cycles without losing significant properties after the regeneration process by calcination.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES

Os processos industriais de produção têxtil têm como característica o uso de grandes volumes de água durante as etapas de lavagem e tingimento de tecido, resultando em efluentes com enorme diversidade e complexidade química. A presença de corantes dissolvidos no efluente é bastante visível e problemática, considerando sua recalcitrância e cinética de degradação lenta. Neste trabalho, o fungo ascomiceto L. theobromae MMPI foi avaliado quanto à capacidade de remoção de cor do efluente sintético contendo corante azul reativo e de efluente industrial. Os ensaios com efluente sintético foram realizados em incubadora orbital shaker e em biorreator com cuba de 5 L. O meio foi suplementado com MgSO4.7H2O 2 g L-1, K2HPO4 2 g L-1, autoclavado (121o C/15 min), e acrescido de sacarose, nitrato de amônio e velocidade de agitação de acordo com delineamento composto central rotacional (DCCR), temperatura 28o C, inóculo padronizado e tempo para retirada das amostras de 72 h. A eficiência de remoção de cor variou de 31,58% até 91,60% e a produção de biomassa de 0,40 g L-1 a 8,70 g L-1. Foi observada ainda, a produção de um exopolissacarídeo (EPS) na ordem de 0,66 g L-1 a 9,70 g L-1. Na análise das estimativas dos efeitos (p<0,05) apenas o efeito linear da concentração de sacarose (p<0,000) e o efeito quadrático da concentração de nitrato de amônio (p<0,018) se mostraram significativos. O modelo obtido foi avaliado através da ANOVA, apresentando coeficiente de regressão elevado considerando um sistema biológico (R2 0,8483). Este modelo foi validado através de experimento a posteriori, indicando excelente correlação entre o valor preditivo (74,8%) e o valor observado (73,8%). Os ensaios em biorreator ratificaram o comportamento observado em incubadora shaker, obtendo-se 86% de descoloração do efluente sintético ao final de 72 horas de tratamento e 91,3% de descoloração ao final de 168 horas de tratamento para o efluente industrial. Após 168 h de incubação observou-se atividade enzimática de lacase (0,0563 U / ml). Os ensaios de toxicidade aguda com Artemia salina indicaram que a CL50 foi de aproximadamente 14,72% (v / v) para o efluente bruto, enquanto que o efluente submetido ao tratamento de oito dias o valor aproximado foi de 4,98% (v / v). Diversos autores relacionam os processos de descoloração a atividade enzimática, no entanto os resultados obtidos sugerem que a remoção de cor está relacionada a adsorção do corante na biomassa produzida. Estudos posteriores devem ser realizados para o melhor entendimento e confirmação de que a remoção de cor não está associada a biossíntese de enzimas degradadoras de estruturas fenólicas como as lacases. / The industrial processes of textile production are characterized by the use of large volumes of water during the steps of washing and dyeing fabric, resulting in effluent with enormous diversity and chemical complexity. The presence of dye dissolved in the effluent is quite noticeable and problematic, considering its recalcitrance and slow degradation kinetics. In this work, the fungus ascomiceto L. theobromae MMPI were evaluated for the ability to color removal from synthetic effluent containing blue dye reactive and industrial effluent. The tests with synthetic effluent were performed in incubator orbital shaker and in bioreactor with tub of 5L. The media was supplemented with MgSO4.7H2O 2 g L-1, K2HPO4 2 g L-1, autoclaved (121 C/15 min), plus sucrose, ammonium nitrate and stirring speed according to central composite design (CCDR), temperature 28 C, inoculum standardized and time to withdrawal of samples 72h. The color removal efficiency ranged from 31.58% to 91.60% and the biomass yield 0.40 g L-1 to 8.70 g L-1. It was still observed the production of an exopolysaccharide (EPS) in the range of 0.66 g L-1 to 9.70 g L-1. In the analysis of estimated effects (p <0.05) only the linear effect of sucrose concentration (p <0.000) and quadratic effect of the concentration of ammonium nitrate (p <0.018) were significant. The model was evaluated by ANOVA, with high regression coefficient considering a biological system (R2 0.8483). This model was validated by experiment retrospectively, indicating excellent correlation between the predictive value (74.8%) and the observed value (73.8%). The tests in bioreactor ratified the behavior observed in an incubator shaker to give 86% decolorization of synthetic effluent at the end of 72 hours of treatment of discoloration and 91.3% at the end of 168 hours of treatment for industrial effluent. After 168 h of incubation was observed laccase enzyme activity (0.0563 U / ml). The acute toxicity tests with brine shrimp showed that the LC50 was approximately 14.72% (v / v) for the raw wastewater, while the effluent subjected to the treatment eight days was approximately 4.98% (v / v). Several authors relate the processes of bleaching enzyme activity, however the results suggest that the color removal is related to the adsorption of the dye in the biomass produced. Further studies should be performed for better understanding and confirmation that the color removal is not associated with the biosynthesis of phenolic structures degrading enzymes such as laccases.

A crescente utilização de corantes na indústria gera grande quantidade de resíduos.Estes, quando descartados inadequadamente, tornam-se uma fonte poluidora dos sistemas aquáticos, os quais são indispensáveis à vida e à manutenção do equilíbrio de ecossistemas naturais. Por este motivo, é importante que sejam desenvolvidos métodos de tratamento eficazes para a remoção de corantes. Dentro desse contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade de adsorção de microesferas magnéticas de quitosana na remoção do corante violeta de metila 2B (VM 2B) em meio aquoso. Inicialmente, preparou-se magnetita (Fe3O4) através da precipitação química dos sais de ferro (II) e (III), em meio alcalino. A etapa seguinte consistiu na preparação das microesferas de quitosana, por meio da técnica de reticulação em suspensão, utilizando glutaraldeído. Com o objetivo de conferir propriedades magnéticas à quitosana, adicionou-se a Fe3O4 anteriormente preparada. Estes materiais foram caracterizados quanto a sua morfologia e características químicas. Os parâmetros experimentais do processo de adsorção foram previamente otimizados, variando-se a massa de adsorvente, a velocidade de agitação do sistema e o pH inicial do meio. A capacidade adsorvente das microesferas magnéticas de quitosana foi avaliada em um sistema em batelada, sob temperatura controlada de 25 °C, sendo a concentração remanescente de VM 2B em solução determinada por espectroscopia de absorção molecular na região do visível. Os resultados revelaram que as microesferas magnéticas de quitosana apresentam potencial para a finalidade proposta, com elevada capacidade de remoção para o corante VM 2B (~86%). Os resultados experimentais mostraram que a cinética de adsorção foi melhor descrita pelo modelo de pseudossegunda ordem. No que se refere ao equilíbrio de adsorção, os resultados experimentais apresentaram um melhor ajuste à isoterma de Freundlich (R2 superior a 0,98). Os dados termodinâmicos revelaram um processo de adsorção espontâneo ( G°= -3,96 kJ mol-1), exotérmico ( H° = -1,70 kJ mol-1), e com S° = -3,73 J mol-1 K-1, o que sugere pequena mudança na aleatoriedade na interface sólido-soluto durante a adsorção. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-07-10T18:02:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Luciane Torezan Toaldo.pdf: 2501965 bytes, checksum: 94553f51b724d699cc4be4545b8c718c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-10T18:02:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Luciane Torezan Toaldo.pdf: 2501965 bytes, checksum: 94553f51b724d699cc4be4545b8c718c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / The increasing use of dyes in the industry generates great quantities of waste. When disposed improperly, they become a source of pollution of aquatic systems which are essential to life and to maintain the equilibrium of natural ecosystems. For this reason, it is important to develop effective treatment methods for the removal of dyes. In this context, this work aimed to evaluate the adsorption capacity of magnetic chitosan microspheres for the removal of methyl violet 2B (MV 2B) dye in aqueous media. Initially, magnetite (Fe3O4) was prepared by chemical precipitation of iron salts (II) and (III). Then, chitosan microspheres were prepared by the suspension crosslinking technique. Finally, Fe3O4 was added to chitosan in order to achieve magnetic properties. These materials were characterized by their morphology and chemical characteristics. The experimental parameters of the adsorption process were optimized by varying the mass of adsorbent, the stirring rate, and the initial pH of the medium. The adsorbent capacity of magnetic chitosan microspheres was evaluated in a batch system at 25 °C. After the adsorption process in an aqueous medium, the remaining concentration of MV 2B solution was determined by molecular absorption spectroscopy in the visible region. The results showed that the magnetic chitosan microspheres present a high potential for the purpose, with a high capacity for removing MV 2B (~86%). The adsorption process followed pseudo-second-order rate kinetics, and the adsorption equilibrium was better described by the Freundlich isotherm (R2 higher than 0.98). The thermodynamic data revealed a spontaneous ( G° = -3.96 kJ mol-1), exothermic ( H° = -1.70 kJ mol-1), and S° = -3.73 J mol-1 K-1, which suggests a small variation in the randomness at the solidsolution interface.

A crescente utilização de corantes na indústria gera grande quantidade de resíduos.Estes, quando descartados inadequadamente, tornam-se uma fonte poluidora dos sistemas aquáticos, os quais são indispensáveis à vida e à manutenção do equilíbrio de ecossistemas naturais. Por este motivo, é importante que sejam desenvolvidos métodos de tratamento eficazes para a remoção de corantes. Dentro desse contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade de adsorção de microesferas magnéticas de quitosana na remoção do corante violeta de metila 2B (VM 2B) em meio aquoso. Inicialmente, preparou-se magnetita (Fe3O4) através da precipitação química dos sais de ferro (II) e (III), em meio alcalino. A etapa seguinte consistiu na preparação das microesferas de quitosana, por meio da técnica de reticulação em suspensão, utilizando glutaraldeído. Com o objetivo de conferir propriedades magnéticas à quitosana, adicionou-se a Fe3O4 anteriormente preparada. Estes materiais foram caracterizados quanto a sua morfologia e características químicas. Os parâmetros experimentais do processo de adsorção foram previamente otimizados, variando-se a massa de adsorvente, a velocidade de agitação do sistema e o pH inicial do meio. A capacidade adsorvente das microesferas magnéticas de quitosana foi avaliada em um sistema em batelada, sob temperatura controlada de 25 °C, sendo a concentração remanescente de VM 2B em solução determinada por espectroscopia de absorção molecular na região do visível. Os resultados revelaram que as microesferas magnéticas de quitosana apresentam potencial para a finalidade proposta, com elevada capacidade de remoção para o corante VM 2B (~86%). Os resultados experimentais mostraram que a cinética de adsorção foi melhor descrita pelo modelo de pseudossegunda ordem. No que se refere ao equilíbrio de adsorção, os resultados experimentais apresentaram um melhor ajuste à isoterma de Freundlich (R2 superior a 0,98). Os dados termodinâmicos revelaram um processo de adsorção espontâneo ( G°= -3,96 kJ mol-1), exotérmico ( H° = -1,70 kJ mol-1), e com S° = -3,73 J mol-1 K-1, o que sugere pequena mudança na aleatoriedade na interface sólido-soluto durante a adsorção. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / The increasing use of dyes in the industry generates great quantities of waste. When disposed improperly, they become a source of pollution of aquatic systems which are essential to life and to maintain the equilibrium of natural ecosystems. For this reason, it is important to develop effective treatment methods for the removal of dyes. In this context, this work aimed to evaluate the adsorption capacity of magnetic chitosan microspheres for the removal of methyl violet 2B (MV 2B) dye in aqueous media. Initially, magnetite (Fe3O4) was prepared by chemical precipitation of iron salts (II) and (III). Then, chitosan microspheres were prepared by the suspension crosslinking technique. Finally, Fe3O4 was added to chitosan in order to achieve magnetic properties. These materials were characterized by their morphology and chemical characteristics. The experimental parameters of the adsorption process were optimized by varying the mass of adsorbent, the stirring rate, and the initial pH of the medium. The adsorbent capacity of magnetic chitosan microspheres was evaluated in a batch system at 25 °C. After the adsorption process in an aqueous medium, the remaining concentration of MV 2B solution was determined by molecular absorption spectroscopy in the visible region. The results showed that the magnetic chitosan microspheres present a high potential for the purpose, with a high capacity for removing MV 2B (~86%). The adsorption process followed pseudo-second-order rate kinetics, and the adsorption equilibrium was better described by the Freundlich isotherm (R2 higher than 0.98). The thermodynamic data revealed a spontaneous ( G° = -3.96 kJ mol-1), exothermic ( H° = -1.70 kJ mol-1), and S° = -3.73 J mol-1 K-1, which suggests a small variation in the randomness at the solidsolution interface.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / O setor industrial têxtil gera em seu processo produtivo grande volume de efluentes líquidos, que possuem elevado potencial poluidor devido à presença de corantes. Esses são compostos potencialmente tóxicos e de difícil degradabilidade, dos quais destaca-se o Azul Reativo 5G. O tratamento desses efluentes é geralmente realizado por técnicas convencionais de coagulação e floculação, as quais utilizam grandes quantidades de sais de alumínio e ferro. A substituição de coagulantes químicos por tecnologias alternativas como a eletrofloculação pode trazer grandes vantagens. Este processo consiste na desestabilização de poluentes em meio aquoso por meio da produção in situ de íons coagulantes pela aplicação de corrente elétrica a eletrodos de sacrifício. Embora possua eficiência comprovada, inclusive para efluentes têxteis, a eletrofloculação ainda não é uma técnica consolidada, devido principalmente à ausência de metodologias sistemáticas para o projeto e dimensionamento de reatores, em especial os de fluxo contínuo. Diversas abordagens de modelagem e simulação na literatura buscam resolver esse problema, das quais destaca-se a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) como a mais promissora, podendo ser acoplada a várias físicas, embora comumente seja acoplada apenas à eletroquímica. O objetivo deste trabalho foi acoplar a técnica de CFD a um modelo cinético ajustado experimentalmente para a remoção do corante Azul Reativo 5G de solução sintética por meio de eletrofloculação, visando predizer o perfil de concentração em um reator de fluxo contínuo. O reator contínuo estudado possui volume útil de 8,5 L, é do tipo monopolar, e possui quatro pares de eletrodos de ferro para o tratamento, dispostos como chicanas. Para obtenção do modelo para a cinética da reação, foram realizados experimentos com o sistema de eletrofloculação em batelada com eletrodos de ferro, em que as variáveis foram concentração inicial de corante (C0) e densidade de corrente (j) aplicada aos eletrodos. Testou-se o ajuste de três tipos de modelos cinéticos aos dados experimentais: modelo com base no balanço molar, modelos de adsorção e modelos sigmoidais, dos quais o modelo sigmoidal logístico, obteve melhor ajuste, com valores de R² acima de 90%. Como o modelo não inclui a espécie ferro, foram feitos ensaios preliminares no módulo de fluxo contínuo, para determinar a influência do fluxo na distribuição de ferro ao longo do reator, bem como o ponto no reator onde a reação tem início. Testou-se as vazões de 0,5 L.min-1 e de 2 L.min-1, e observou-se que para a vazão baixa, há retorno de ferro e acúmulo antes do primeiro eletrodo, o que não ocorre para a vazão mais alta. No modelo para o escoamento no reator considerou-se um fluido incompressível, fluxo laminar e estado estacionário, e desprezou-se a influência dos fenômenos eletroquímicos no fluxo e transporte de partículas, como a geração de bolhas de gás e migração iônica. A simulação para o reator de fluxo contínuo foi realizada no software COMSOL Multiphysics v.5.2®,que utiliza o Método dos Elementos Finitos para resolver as equações diferenciais parciais de escoamento da continuidade e de Navier-Stokes. As variáveis resposta consideradas foram a velocidade do fluido e a concentração de corante, e utilizou-se os módulos de CFD (interface de Fluxo Laminar) e de Transporte de Soluções Diluídas (TDS), com acoplamento fraco entre as físicas. Uma análise de convergência foi realizada para a escolha da malha. Foram realizadas três simulações do perfil de concentração no reator, com condição de densidade de corrente igual a 8,65 mA.cm-2, concentrações iniciais de corante respectivamente iguais a 45, 25 e 40 mg.L-1 e vazões 0,5 L.min-1 para os dois primeiros ensaios e 2 L.min-1 para o terceiro. Ensaios experimentais foram feitos com as mesmas condições, e comparou-se os resultados obtidos com uma malha de amostragem de 23 pontos. Verificou-se que o modelo proposto permitiu predizer o perfil de concentração do reator com razoável sucesso para uma faixa de trabalho de velocidades baixas de fluxo, levando em conta as limitações inerentes a ele, notadamente a ausência da influência das microbolhas. Assim, a metodologia proposta mostra-se muito promissora para que uma vez aperfeiçoado, o modelo possa vir a auxiliar no projeto de reatores caso a caso, bem como fornecer subsídios para preencher a lacuna acerca de uma metodologia sistemática de projeto e ampliação de escala. / The textile industry produces great amounts of wastewater as a byproduct of its productive process, which contain high pollutant potential, due to the presence of dyes. These are potentially toxic and high undegradable compounds, from which the Blue Reactive 5G is one of the most used. The treatment of such wastewaters is generally accomplished through conventional coagulation and flocculation techniques, which make use of great amounts of aluminum and iron salts. As such, the substitution of these chemical coagulants for alternative technologies such as electrocoagulation may bring great advantages. The process consists in the destabilization of pollutants in aqueous medium by means of the in situ production of coagulant ions by applying electrical current to sacrificial electrodes. Although the process' efficiency is proven, even for the treatment of textile wastewaters, electrocoagulation is still not a consolidated technique, due mainly to the lack of systematic methodologies for the project and scale up of reactors, especially continuous flow ones. Several approaches for modeling and simulation in scientific literature aim to solve this problem, the most promising of which being the Computational Fluid Dynamics (CFD), which may be coupled to several physics, although it is usually coupled only to electrochemistry. The goal of this study was to couple the CFD technique to a kinetic model, experimentally adjusted, for the removal of the Blue Reactive 5G dye from synthetic wastewater through the electrocoagulation technique, aiming to predict the concentration profile in a continuous flow reactor. The reactor is a 8,5 L tank with monopolar connections and four pairs of iron electrodes, which also work as baffles. In order to obtain the kinetic model of the reaction, experiments were carried out in a batch electrocoagulation system with iron electrodes, in which the variables were initial dye concentration (C0) and current density (j) applied to the electrodes. Three kinds of kinetic models were test for the adjust: model based on molar balance, adsorption models and sigmoidal models, from which the logistic sigmoidal model obtained the best adjustment, presenting R² above 90%. Since the model does not include the iron species, preliminary tests were made in the continuous flow reactor, in order to determine the flux influence on the iron distribution through the reactor, as well as the local, in the reactor, were the reaction starts. The flow rates of 0,5 L.min-1 and 2 L.min-1 were tested, and it was noted that, for the low flow rate, there is a reflux of iron, which accumulated before the first electrode, which does not happen for the higher flow rate. For the fluid flow model in the reactor, considerations were made for a incompressible laminar flow and stationary state, and the effect of electrochemical phenomena in the flow and transport of substances, such as gas bubbles and ironic migration, were not considered. The simulation for the continuous flow reactor was performed in the software COMSOL Multiphysics v.5.2®, which makes use of the Finite Elements Method to solve the partial differential equations of continuity and Navier-Stokes. The response variables considered were fluid velocity and dye concentration, and the modules CFD (laminar flow interface) and Transport of Diluted Species (TDS) were used, with weak coupling between the physics. A convergence study was carried out in order to choose the appropriate mesh for the simulation. Three simulations of the concentration profile in the reactor were carried out, with a current density of 8,65 mA.cm-2, respective initial dye concentrations of 45, 25 and 40 mg.L-1 and flow rates of 0,5 L.min-1 for the two first studies and 2 L.min-1 for the third. Experiments were performed with the same conditions as the simulations, samples were collected with mesh of 23 points in the reactor and the results of predicted and observed concentration were compared. The results showed that the proposed model allowed to predict the concentration profile in the reactor with reasonable success, within a low velocity flow range, taking into account the limitations inherent to the model. Therefore, the proposed methodology appears very promising for that, once perfected, the model may assist in the reactor design case to case, as well as aid filling the gap regarding a systematic methodology for reactor project and scale-up, which is the main barrier in expanding the technology.