Tese de mestrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Politécnico do Porto. Instituto Superior de Engenharia. 2007

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7854_1.pdf: 1660590 bytes, checksum: a1796c1a8447bc8c0d113ebd559250c9 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Um dos maiores problemas associados à sociedade moderna é a contaminação das águas naturais e o setor têxtil tem se mostrado um grande responsável na contaminação das águas no cenário mundial. O processo de adsorção tem sido muito utilizado, por ser eficiente e de baixo custo. O objetivo deste trabalho é estudar a remoção do corante Preto Remazol B por adsorção utilizando o carvão ativado com diâmetro médio de 1,09 mm em coluna de leito fixo. Estudos de equilíbrio e cinética de adsorção foram conduzidos em um reator mecanicamente agitado, com velocidade de agitação igual a 300 rpm e T=30°C, e variação do pH, massa de adsorvente e a concentração inicial de adsorbato. Os resultados foram avaliados num espectrofotômetro UV-VIS a λ=597nm. O modelo cinético de adsorção do tipo Langmuir-Freundlich, foi proposto para melhor representar os dados experimentais. A natureza heterogênea complexa de uma coluna a leito fixo faz aparecer vários aspectos, onde o conhecimento da sua dinâmica é indispensável ao seu dimensionamento e a sua extrapolação. A análise dinâmica do sistema deu-se mediante aplicação de uma solução de cloreto de potássio a 0,005M como traçador em forma de pulso a qual foi medida com respostas em termos de condutividade na saída do sistema, avaliando a vazão volumétrica de alimentação sob parâmetros hidrodinâmicos e de transferência de massa, em particular a DTR em fase líquida. Os dados experimentais foram comparados com modelos de dispersão axial. Estudos cinéticos e das isotermas de equilíbrio foram realizados num reator batelada de capacidade de 1L, permitindo avaliar a eficiência da adsorção quantificada pela medida da concentração do Preto Remazol B, numespectrofotômetro UV-VIS a λ=597nm. O modelo cinético de adsorção do tipo Langmuir-Freundlich, foi proposto para melhor representar os dados experimentais

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-07T02:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kuhn_RaquelCristine_M.pdf: 869149 bytes, checksum: 29e524283c358cff48f2049cd6406f50 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os frutooligossacarídeos (FOS) são considerados ingredientes naturais de alimentos devido aos efeitos benéficos na proliferação de bifidobactérias no cólon humano, sendo classificados como prebióticos. Estudos recentes demonstram que a separação cromatográfica de monossacarídeos e misturas de dissacarídeos pode melhorar através da utilização de zeólitas Y, sendo também promissoras na separação de oligossacarídeos. Neste estudo, colunas com zeólitas foram utilizadas na separação de oligossacarídeos. A enzima produtora dos frutooligossacarídeos foi isolada de Rhodotorula sp., produzindo seletivamente GF2 (kestose), GF3 (nistose) e GF4 (frutofuranosilnistose). O rendimento de frutooligossacarídeos produzidos foi de 52% quando foi utilizada sacarose 50% como substrato. A separação dos frutooligossacarídeos foi realizada através de coluna empacotada com zeólitas Y trocadas com íons Ba2+. A eficiência de separação foi utilizada como critério para caracterizar a separação. Efeitos de temperatura (400C a 500C), quantidade de amostra injetada (1 a 3 mL), vazão (0,08 a 0,12 mL.min-1) e composição do desorvente (etanol 40 a 60%) foram analisados, através de um planejamento experimental fracionário, onde a vazão se mostrou significativa. O estudo de separação dos açúcares demonstrou que a condição mais favorável para a separação foi com duas colunas em série com etanol 60% como desorvente, temperatura de 500C, vazão de 0,08 mL.min-1 e quantidade de amostra injetada de 1 mL. Os valores de eficiência de separação foram de 0,60 para oligossacarídeos e glicose, 1,00 para oligossacarídeos e frutose, 0,22 para oligossacarídeos e sacarose, 0,43 para glicose e frutose, 0,82 para glicose e sacarose e 1,23 para frutose e sacarose / Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are nowadays considered natural food ingredients because of their beneficial effects in proliferating bifidobactéria in human colon; FOS are classified as prebiotics. Some recent studies show that the chromatographic separation of monosaccharides and a mixture of the disaccharides can be improved by using Y-zeolites, being promising in the separation of oligosaccharides. In this study, a column packed with zeolite was used to study the separation of oligosaccharides. The enzyme, which produces FOS from sucrose, was isolated from Rhodotorula sp., produced selectively GF2 (kestose), GF3 (nystose) and GF4 (frutofuranosyl nystose). The final yield of FOS was 52% when 50% sucrose was used as substrate. For the separation of fructooligosaccharides was used column packed with Ba2+ - exchanged Y zeolites. Efficiency of separation was used as a criterion to characterize the effectiveness of the separation. Effects of temperature (400C a 500C), amount of mixture injection (1 a 3 mL), flow rate (0,08 a 0,12 mL.min-1) and desorbent composition (ethanol 40 a 60%) were investigated, the according to a fractionary fatorial design; the flow rate was a significant factor under the response of efficiency of separation. The study of separation of sugars showed that the most favorable conditions for this separation were with utilization of two columns in series with ethanol 60% as desorbent, temperature of 500C, flow rate of 0,08mL.min-1 and amount of mixture injection of 1 mL. The values for the separation efficiency were 0,60 for oligosaccharides-glucose, 1,00 for oligosaccharides-fructose, 0,22 for oligosaccharides-sucrose, 0,43 for glucose-fructose, 0,82 for glucose-sucrose and 1,23 for fructose-sucrose / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

No presente estudo, material zeolítico sintetizado a partir de cinzas de carvão e modificado por surfactante catiônico foi utilizado na remoção do corante ácido laranja 8 (AL8) por processo de adsorção utilizando leito móvel e coluna de leito fixo. As matérias primas e os adsorventes foram caracterizados por diferentes técnicas, tais como: difração de raios-x, fluorescência de raios-X, entre outras. A adsorção do AL8 foi realizada por leito móvel com o objetivo de otimizar os resultados quando lançados em leito fixo. Os efeitos na adsorção do AL8 sobre zeólita foram comparados: (1) efeito dos contra-íons Br- e Cl- do surfactante usado na modificação da zeólita; (2) efeito do tipo de cinzas de carvão usada como matéria prima na síntese das zeólitas (leve e pesada). Os seguintes adsorventes foram utilizados no estudo: zeólita leve e pesada modificada por surfactante brometo de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Br e ZPMS-Br) e zeólita leve modificada por surfactante cloreto de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Cl). A cinética de pseudo-segunda-ordem descreveu a adsorção do corante sobre todos os adsorventes. O tempo de equilíbrio alcançado foi 40, 60 e 120 min para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, respectivamente. O equilíbrio de adsorção foi analisado pelas equações dos modelos das isotermas lineares e não lineares de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevivh (DR) e o critério de melhor ajuste foi avaliado usando as funções erros. O modelo DR ajustou-se melhor aos dados experimentais para o sistema AL8/ZLMS-Br, o modelo de Freundlich para AL8/ZLMS-Cl e Langmuir para AL8/ZPMS. Segundo Langmuir a capacidade máxima de adsorção foi 4,67 , 1,48 e 1,38 mg g-1 para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, nesta ordem. Nos estudos empregando-se colunas de leito fixo, os efeitos da concentração de entrada (20 - 30 mg L-1), vazão de alimentação (4,0 - 5,3 mL min-1) e a altura do leito (5,5 - 6,5 cm) sobre as características da curva de ruptura no sistema de adsorção foram determinados. Os modelos Bohart-Adams, Thomas, Yoon-Nelson foram aplicados aos dados experimentais para a previsão das curvas de ruptura e para a determinação dos parâmetros que caracterizam a coluna. Os modelos matemáticos de Thomas e Yoon-Nelson se ajustaram satisfatoriamenete aos dados das curvas de ruptura. A maior capacidade total de remoção do AL8 pela coluna de leito fixo apresentou o valor de 5,30 mg g-1 obtida com a concentração do corante de 30 mg L-1, altura do leito de 5,5 cm e uma vazão de alimentação de 5,3 mL min-1. Os ensaios de ecotoxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis com o efluente bruto (AL8) e após tratamento com zeólita leve modificada com surfactante foram realizados com o propósito de avaliar evidências de uma possível contaminação quando lançados no corpo hídrico receptor. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que as amostras do corante AL8 em solução aquosa não apresentou efeito tóxico e as amostras tratadas com ZLMS-Br apresentaram toxicidade. / In this study, synthesized zeolitic material from coal ash and modified cationic surfactant was used for removing the acid dye Orange 8 (AL8) by adsorption process using moving bed and fixed-bed column. The raw material and adsorbents were characterized by different techniques, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, among others. The adsorption of AL8 was performed by moving bed in order to optimize the results when they are launched in a fixed bed. The effects of adsorption on zeolite AL8 were compared: (1) Effect of counterions Br- and Cl- surfactant used in the modification of the zeolite; (2) effect of type of coal ash used as raw material in the synthesis of zeolites (fly and bottom). The following adsorbents were used in the study: fly and bottom zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (ZLMS-Br-Br and ZPMS-Br) and fly zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium chloride (ZLMS-Cl). The pseudo-second-order kinetic described the adsorption of the dye on all adsorbents. The equilibrium time was reached 40, 60 and 120 min for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, respectively. The adsorption equilibrium was analyzed by the equations of the models of linear and nonlinear isotherms of Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevivh (DR) and the criterion of best fit was evaluated using the error functions.The DR model was adjusted better to the experimental data for the system AL8 / ZLMS-Br, the Freundlich model for AL8 / ZLMS-Cl and Langmuir for AL8 / ZPMS. According to the Langmuir maximum adsorption capacity was 4.67, 1.48 and 1.38 mg g-1 for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, in order. In studies employing fixed bed columns, the effects of inlet concentration (20-30 mg L-1), flow rate (4.0 -5.3 mL min-1) and the bed height (5, 5 - 6.5 cm) above the breakthrough curves characteristics in the adsorption system were determined. The Adams-Bohart, Thomas, Yoon-Nelson models were applied to experimental data to predict the breakthrough curves and to determine the parameters that characterize the column. The mathematical models of Thomas and Yoon-Nelson adjusted well to the data of breakthrough curves. The highest bed capacity of 5.3 mg g-1 was obtained using 30 mg L-1 inlet Acid Orange 8 concentration, 5.5 cm bed height and 5.3 mL min-1 flow rate. Acute ecotoxicity tests using Daphnia similis microcrustacean with wastewater (AL8) and after treatment with surfactant modified zeolite were carried out with the purpose of evaluating evidence of possible contamination when launched on the receiving water body. The results of this study showed that samples AL8 dye in aqueous solution does not show any toxic effect, and the treated samples showed toxicity with ZLMS-Br.

No presente estudo, material zeolítico sintetizado a partir de cinzas de carvão e modificado por surfactante catiônico foi utilizado na remoção do corante ácido laranja 8 (AL8) por processo de adsorção utilizando leito móvel e coluna de leito fixo. As matérias primas e os adsorventes foram caracterizados por diferentes técnicas, tais como: difração de raios-x, fluorescência de raios-X, entre outras. A adsorção do AL8 foi realizada por leito móvel com o objetivo de otimizar os resultados quando lançados em leito fixo. Os efeitos na adsorção do AL8 sobre zeólita foram comparados: (1) efeito dos contra-íons Br- e Cl- do surfactante usado na modificação da zeólita; (2) efeito do tipo de cinzas de carvão usada como matéria prima na síntese das zeólitas (leve e pesada). Os seguintes adsorventes foram utilizados no estudo: zeólita leve e pesada modificada por surfactante brometo de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Br e ZPMS-Br) e zeólita leve modificada por surfactante cloreto de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Cl). A cinética de pseudo-segunda-ordem descreveu a adsorção do corante sobre todos os adsorventes. O tempo de equilíbrio alcançado foi 40, 60 e 120 min para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, respectivamente. O equilíbrio de adsorção foi analisado pelas equações dos modelos das isotermas lineares e não lineares de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevivh (DR) e o critério de melhor ajuste foi avaliado usando as funções erros. O modelo DR ajustou-se melhor aos dados experimentais para o sistema AL8/ZLMS-Br, o modelo de Freundlich para AL8/ZLMS-Cl e Langmuir para AL8/ZPMS. Segundo Langmuir a capacidade máxima de adsorção foi 4,67 , 1,48 e 1,38 mg g-1 para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, nesta ordem. Nos estudos empregando-se colunas de leito fixo, os efeitos da concentração de entrada (20 - 30 mg L-1), vazão de alimentação (4,0 - 5,3 mL min-1) e a altura do leito (5,5 - 6,5 cm) sobre as características da curva de ruptura no sistema de adsorção foram determinados. Os modelos Bohart-Adams, Thomas, Yoon-Nelson foram aplicados aos dados experimentais para a previsão das curvas de ruptura e para a determinação dos parâmetros que caracterizam a coluna. Os modelos matemáticos de Thomas e Yoon-Nelson se ajustaram satisfatoriamenete aos dados das curvas de ruptura. A maior capacidade total de remoção do AL8 pela coluna de leito fixo apresentou o valor de 5,30 mg g-1 obtida com a concentração do corante de 30 mg L-1, altura do leito de 5,5 cm e uma vazão de alimentação de 5,3 mL min-1. Os ensaios de ecotoxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis com o efluente bruto (AL8) e após tratamento com zeólita leve modificada com surfactante foram realizados com o propósito de avaliar evidências de uma possível contaminação quando lançados no corpo hídrico receptor. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que as amostras do corante AL8 em solução aquosa não apresentou efeito tóxico e as amostras tratadas com ZLMS-Br apresentaram toxicidade. / In this study, synthesized zeolitic material from coal ash and modified cationic surfactant was used for removing the acid dye Orange 8 (AL8) by adsorption process using moving bed and fixed-bed column. The raw material and adsorbents were characterized by different techniques, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, among others. The adsorption of AL8 was performed by moving bed in order to optimize the results when they are launched in a fixed bed. The effects of adsorption on zeolite AL8 were compared: (1) Effect of counterions Br- and Cl- surfactant used in the modification of the zeolite; (2) effect of type of coal ash used as raw material in the synthesis of zeolites (fly and bottom). The following adsorbents were used in the study: fly and bottom zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (ZLMS-Br-Br and ZPMS-Br) and fly zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium chloride (ZLMS-Cl). The pseudo-second-order kinetic described the adsorption of the dye on all adsorbents. The equilibrium time was reached 40, 60 and 120 min for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, respectively. The adsorption equilibrium was analyzed by the equations of the models of linear and nonlinear isotherms of Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevivh (DR) and the criterion of best fit was evaluated using the error functions.The DR model was adjusted better to the experimental data for the system AL8 / ZLMS-Br, the Freundlich model for AL8 / ZLMS-Cl and Langmuir for AL8 / ZPMS. According to the Langmuir maximum adsorption capacity was 4.67, 1.48 and 1.38 mg g-1 for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, in order. In studies employing fixed bed columns, the effects of inlet concentration (20-30 mg L-1), flow rate (4.0 -5.3 mL min-1) and the bed height (5, 5 - 6.5 cm) above the breakthrough curves characteristics in the adsorption system were determined. The Adams-Bohart, Thomas, Yoon-Nelson models were applied to experimental data to predict the breakthrough curves and to determine the parameters that characterize the column. The mathematical models of Thomas and Yoon-Nelson adjusted well to the data of breakthrough curves. The highest bed capacity of 5.3 mg g-1 was obtained using 30 mg L-1 inlet Acid Orange 8 concentration, 5.5 cm bed height and 5.3 mL min-1 flow rate. Acute ecotoxicity tests using Daphnia similis microcrustacean with wastewater (AL8) and after treatment with surfactant modified zeolite were carried out with the purpose of evaluating evidence of possible contamination when launched on the receiving water body. The results of this study showed that samples AL8 dye in aqueous solution does not show any toxic effect, and the treated samples showed toxicity with ZLMS-Br.

A intensificação da degradação ambiental impulsionada pelas atividades antrópicas tem comprometido a qualidade da água. A presença de metais potencialmente tóxicos no ambiente provoca diversos impactos na fauna e flora, como, por exemplo, o processo de magnificação trófica. Assim, é fundamental que estudos de adsorção desses contaminantes sejam realizados, a fim de buscar novos métodos que permitam a remoção dos mesmos no meio aquático. O metal crômio está nos efluentes de diversos processos industriais, como curtumes, refino de petróleo, galvanoplastia, soldagem e cromagem. Esse metal na forma hexavalente possuí efeito tóxico a biota e riscos à saúde humana, indicando a necessidade da realização de estudos para sua remoção de efluentes industriais e corpos d\'água. O biopolímero quitosana tem sido reportado em diversos estudos como bioadsorvente de alto potencial de retenção de metais, por conta da presença de amino-grupos em sua estrutura. Além disso, a quitosana possui propriedades singulares e é obtida da quitina, um dos biopolímeros mais abundantes na natureza. Com a finalidade de avaliar a capacidade de adsorção de Cr (VI) pelo biopolímero quitosana em forma de pérolas (P-QTS), realizou-se ensaios de adsorção em processo contínuo com diferentes concentrações do metal cromo em coluna de leito fixo, preenchida pelo material adsorvente (P-QTS). Além disso, realizou-se testes de toxicidade com os organismos Daphnia magna, Allonais inaequalis e Chironomus xanthus no afluente e efluente da coluna de adsorção, buscando avaliar a toxicidade dessas amostras para os organismos e a consequente eficácia do tratamento da solução de dicromato de potássio na coluna de leito fixo com as P-QTS. As curvas de ruptura indicaram que para as maiores concentrações de K2Cr2O7 houve intensificação da saturação da CALF (coluna de adsorção de leito fixo), e, consequentemente, a zona de transferência de massa (ZTM) se deslocou no sentido descendente do leito fixo da coluna de adsorção. A razão C/Co (concentração efluente/concentração afluente) aumentou de maneira significativa no decorrer do ensaio para as maiores concentrações afluentes (25 e 28,5 mg L-1) de K2Cr2O7 alcançando valores de até 0,4, e, isso demonstra a saturação de parte das P-QTS na coluna de leito fixo. De maneira geral, a remoção de Cr VI foi alta (superior a 50% e atingindo a máxima de 98%) para os tempos estudados na presente pesquisa, sendo maior nos menores tempos (60 e 120 min) do ensaio, estado em que os sítios ativos para adsorção das P-QTS provavelmente estavam livres. Da extração do cromo das P-QTS obteve-se valor máximo de 8,18 mg g-1 e mínimo de 0,42 mg g-1 de massa adsorvida por massa de adsorvente, o que indica variação de acordo com a concentração da solução de K2Cr2O7 afluente a CALF, ou seja, para as maiores concentrações, maior a quantidade adsorvida de Cr VI por massa de adsorvente (P-QTS). Alguns pesquisadores obtiveram relação de 2,6 mg de crômio (III) /g de quitosana indicando que as P-QTS na coluna de leito fixo possuem boa capacidade de adsorção. Os testes de toxicidade mostraram diferentes sensibilidades dos organismos-teste às soluções de dicromato de potássio, sendo na ordem decrescente: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. A coluna de adsorção de leito fixo diminuiu, de modo geral, a mortalidade dos organismos-teste comparando o afluente e efluente, principalmente das amostras efluentes de menor tempo (60 e 120 min) de ensaio de adsorção. A média de comprimento das larvas de C. xanthus reduziu (10,07 mm > 8,34 mm > 4,59 mm), de modo geral, a medida que o tempo de ensaio (60, 120 e 180 min) aumentou, indicando aumento da concentração de Cr VI nos efluentes. / The intensification of environmental degradation driven by anthropic activities has led to a decrease in water quality. The presence of potentially toxic metals in the environment causes several impacts on fauna and flora, such as the trophic magnification process. Thus, it is fundamental that adsorption studies of these contaminants are carried out in order to search for new methods that allow their removal in the aquatic environment. Chromium metal is in the effluents of various industrial processes, such as tanning, petroleum refining, electroplating, welding and chrome plating. The chromium in the hexavalent form has a toxic effect on biota and risks to human health, indicating the need to carry out studies to your removal of industrial effluents and water bodies. The biopolymer chitosan has been reported in several studies as bioadsorbent with high potential for metal retention, due to the presence of amino groups in its structure. In addition, chitosan has unique properties and is obtained from chitin, one of the most abundant biopolymers in nature. In order to evaluate the Cr (VI) adsorption capacity of the chitosan biopolymer in the form of beads (P-QTS), adsorption tests were carried out in continuous process with different concentrations of the chromium metal in a fixed bed column, filled by adsorbent material (P-QTS). Besides that, toxicity tests were carried out with the organisms Daphnia magna, Allonais inaequalis and Chironomus xanthus on the affluent and effluent of the adsorption column, seeking to evaluate the toxicity of these samples to the organisms and the consequent effectiveness of the treatment of potassium dichromate solution in the fixed bed column with the P-QTS. The breakthrough curves indicated that for the higher concentrations of K2Cr2O7 there was an increase in the saturation of the CALF (fixed bed adsorption column), and consequently the mass transfer zone (ZTM) moved downwards from the fixed bed of the column of adsorption. The C/Co (affluent concentration/effluent concentration) ratio increased significantly during the test for the highest affluent concentrations, reaching values of up to 0.4 for the affluent concentrations of 25 and 28.5 mg L-1 of K2Cr2O7, and this demonstrates the saturation of part of the P-QTS in the fixed bed column. The removal of Cr VI was high (higher than 50% and reaching a maximum of 98%) for the times studied in the present study, but it was higher in the lower times (60 and 120 min) of the test, in which the active sites for adsorption of P-QTS probably were free. From the extraction of chromium from P-QTS, a maximum value of 8.18 mg g-1 and a minimum of 0.42 mg g-1 was obtained, which indicates variation according to the concentration of the K2Cr2O7 solution affluent to CALF, i.e the adsorbed amount of Cr VI per adsorbent mass (P-QTS) is higher at higher concentrations. Some authors have obtained a ratio of 2.6 mg of chromium (III) / g of chitosan indicating that the P-QTS in the fixed bed column have good adsorption capacity. The toxicity tests showed different sensitivities of the test organisms to the solutions of potassium dichromate, being in descending order: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. The fixed-bed adsorption column decreased the mortality of the test organisms by comparing the affluent and the effluent, mainly from the effluent samples with the shortest adsorption test time (60 and 120 min). The mean length of the C. xanthus larvae decreased (10.07 mm> 8.34 mm> 4.59 mm), generally as the test time (60, 120 and 180 min) increased, indicating rise in Cr VI concentration in the effluents.

A intensificação da degradação ambiental impulsionada pelas atividades antrópicas tem comprometido a qualidade da água. A presença de metais potencialmente tóxicos no ambiente provoca diversos impactos na fauna e flora, como, por exemplo, o processo de magnificação trófica. Assim, é fundamental que estudos de adsorção desses contaminantes sejam realizados, a fim de buscar novos métodos que permitam a remoção dos mesmos no meio aquático. O metal crômio está nos efluentes de diversos processos industriais, como curtumes, refino de petróleo, galvanoplastia, soldagem e cromagem. Esse metal na forma hexavalente possuí efeito tóxico a biota e riscos à saúde humana, indicando a necessidade da realização de estudos para sua remoção de efluentes industriais e corpos d\'água. O biopolímero quitosana tem sido reportado em diversos estudos como bioadsorvente de alto potencial de retenção de metais, por conta da presença de amino-grupos em sua estrutura. Além disso, a quitosana possui propriedades singulares e é obtida da quitina, um dos biopolímeros mais abundantes na natureza. Com a finalidade de avaliar a capacidade de adsorção de Cr (VI) pelo biopolímero quitosana em forma de pérolas (P-QTS), realizou-se ensaios de adsorção em processo contínuo com diferentes concentrações do metal cromo em coluna de leito fixo, preenchida pelo material adsorvente (P-QTS). Além disso, realizou-se testes de toxicidade com os organismos Daphnia magna, Allonais inaequalis e Chironomus xanthus no afluente e efluente da coluna de adsorção, buscando avaliar a toxicidade dessas amostras para os organismos e a consequente eficácia do tratamento da solução de dicromato de potássio na coluna de leito fixo com as P-QTS. As curvas de ruptura indicaram que para as maiores concentrações de K2Cr2O7 houve intensificação da saturação da CALF (coluna de adsorção de leito fixo), e, consequentemente, a zona de transferência de massa (ZTM) se deslocou no sentido descendente do leito fixo da coluna de adsorção. A razão C/Co (concentração efluente/concentração afluente) aumentou de maneira significativa no decorrer do ensaio para as maiores concentrações afluentes (25 e 28,5 mg L-1) de K2Cr2O7 alcançando valores de até 0,4, e, isso demonstra a saturação de parte das P-QTS na coluna de leito fixo. De maneira geral, a remoção de Cr VI foi alta (superior a 50% e atingindo a máxima de 98%) para os tempos estudados na presente pesquisa, sendo maior nos menores tempos (60 e 120 min) do ensaio, estado em que os sítios ativos para adsorção das P-QTS provavelmente estavam livres. Da extração do cromo das P-QTS obteve-se valor máximo de 8,18 mg g-1 e mínimo de 0,42 mg g-1 de massa adsorvida por massa de adsorvente, o que indica variação de acordo com a concentração da solução de K2Cr2O7 afluente a CALF, ou seja, para as maiores concentrações, maior a quantidade adsorvida de Cr VI por massa de adsorvente (P-QTS). Alguns pesquisadores obtiveram relação de 2,6 mg de crômio (III) /g de quitosana indicando que as P-QTS na coluna de leito fixo possuem boa capacidade de adsorção. Os testes de toxicidade mostraram diferentes sensibilidades dos organismos-teste às soluções de dicromato de potássio, sendo na ordem decrescente: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. A coluna de adsorção de leito fixo diminuiu, de modo geral, a mortalidade dos organismos-teste comparando o afluente e efluente, principalmente das amostras efluentes de menor tempo (60 e 120 min) de ensaio de adsorção. A média de comprimento das larvas de C. xanthus reduziu (10,07 mm > 8,34 mm > 4,59 mm), de modo geral, a medida que o tempo de ensaio (60, 120 e 180 min) aumentou, indicando aumento da concentração de Cr VI nos efluentes. / The intensification of environmental degradation driven by anthropic activities has led to a decrease in water quality. The presence of potentially toxic metals in the environment causes several impacts on fauna and flora, such as the trophic magnification process. Thus, it is fundamental that adsorption studies of these contaminants are carried out in order to search for new methods that allow their removal in the aquatic environment. Chromium metal is in the effluents of various industrial processes, such as tanning, petroleum refining, electroplating, welding and chrome plating. The chromium in the hexavalent form has a toxic effect on biota and risks to human health, indicating the need to carry out studies to your removal of industrial effluents and water bodies. The biopolymer chitosan has been reported in several studies as bioadsorbent with high potential for metal retention, due to the presence of amino groups in its structure. In addition, chitosan has unique properties and is obtained from chitin, one of the most abundant biopolymers in nature. In order to evaluate the Cr (VI) adsorption capacity of the chitosan biopolymer in the form of beads (P-QTS), adsorption tests were carried out in continuous process with different concentrations of the chromium metal in a fixed bed column, filled by adsorbent material (P-QTS). Besides that, toxicity tests were carried out with the organisms Daphnia magna, Allonais inaequalis and Chironomus xanthus on the affluent and effluent of the adsorption column, seeking to evaluate the toxicity of these samples to the organisms and the consequent effectiveness of the treatment of potassium dichromate solution in the fixed bed column with the P-QTS. The breakthrough curves indicated that for the higher concentrations of K2Cr2O7 there was an increase in the saturation of the CALF (fixed bed adsorption column), and consequently the mass transfer zone (ZTM) moved downwards from the fixed bed of the column of adsorption. The C/Co (affluent concentration/effluent concentration) ratio increased significantly during the test for the highest affluent concentrations, reaching values of up to 0.4 for the affluent concentrations of 25 and 28.5 mg L-1 of K2Cr2O7, and this demonstrates the saturation of part of the P-QTS in the fixed bed column. The removal of Cr VI was high (higher than 50% and reaching a maximum of 98%) for the times studied in the present study, but it was higher in the lower times (60 and 120 min) of the test, in which the active sites for adsorption of P-QTS probably were free. From the extraction of chromium from P-QTS, a maximum value of 8.18 mg g-1 and a minimum of 0.42 mg g-1 was obtained, which indicates variation according to the concentration of the K2Cr2O7 solution affluent to CALF, i.e the adsorbed amount of Cr VI per adsorbent mass (P-QTS) is higher at higher concentrations. Some authors have obtained a ratio of 2.6 mg of chromium (III) / g of chitosan indicating that the P-QTS in the fixed bed column have good adsorption capacity. The toxicity tests showed different sensitivities of the test organisms to the solutions of potassium dichromate, being in descending order: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. The fixed-bed adsorption column decreased the mortality of the test organisms by comparing the affluent and the effluent, mainly from the effluent samples with the shortest adsorption test time (60 and 120 min). The mean length of the C. xanthus larvae decreased (10.07 mm> 8.34 mm> 4.59 mm), generally as the test time (60, 120 and 180 min) increased, indicating rise in Cr VI concentration in the effluents.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-08-14T17:49:42Z No. of bitstreams: 1 Mateus_Sausen_2017.pdf: 2943768 bytes, checksum: a2c72e2a3998357e8a9b3be38176720d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T17:49:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mateus_Sausen_2017.pdf: 2943768 bytes, checksum: a2c72e2a3998357e8a9b3be38176720d (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The incidence of new diseases demands the fabrication of highly resistant and efficient pharmaceutical compounds for human and animal health. This aspect, along with the inadequate treatment of wastes generated by this activity, damages the environment and may consequently affect the population. In this sense, the objective of this study was to evaluate the removal of ciprofloxacin drug (CIP) of aqueous solutions by using the cationic resin SupergelTM SGC650H packed in a fixed bed column. Therefore, the characterization of the resin was performed by techniques of gas helium pycnometer, nitrogen physisorption, X-ray sedimentometry, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and point of zero charge (pHPZC). Initially, closed system and batch experiments were conducted to evaluate the effect of solution pHinitial. Afterwards, equilibrium experiments were performed. Finally, it was obtained the breakthrough curves in fixed bed in different volumetric flow rates and heights of the bed, defined by a central composite experimental design (CCD) and by using phenomenological mathematical modeling. The characterization demonstrated a low amount of pores on the structure of the resin and the analysis of pHPZC indicated that the point of zero charge of the resin was 2.68. The pH tests showed that the higher CIP removal capacity was achieved at pH values below 6. In the analysis of the equilibrium results, it was verified that the Langmuir model showed the best fit to the experimental data obtained in a closed and batch system, providing the values of 510.64 mg g-1 and 1.93 L mg-1 to qmáx and bL estimated parameters, respectively. In the fixed bed column tests, the maximum efficiency of the column as a function of the studied operational variables was obtained for volumetric flow rate of 3.8 cm3 min-1 and bed height of 15.2 cm (81,5%). In addition, it was observed that the kinetic model that considers the adsorption step on the surface (AS) as rate-limiting step of the process satisfactorily described the results obtained in column. In general, the work was able to identify a high removal capacity the ciprofloxacin drug by using the SGC650H resin. Finally, the study presented satisfactory results in the prediction of column efficiency from the phenomenological mathematical modeling used. With this, a new perspective is observed in the treatment of this drug compound and the possible application of the large-scale method. / A incidência de novas doenças necessita a fabricação de compostos farmacêuticos altamente resistentes e eficazes para a saúde animal e humana. Esse aspecto, aliado ao tratamento inadequado dos resíduos gerados por essa atividade, prejudica o meio ambiente e pode afetar, consequentemente, a população. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção do fármaco ciprofloxacina (CIP) de soluções aquosas utilizando a resina catiônica SupergelTM SGC650H empacotada em coluna de leito fixo. Para tanto, a caracterização da resina foi realizada pelas técnicas de picnometria a gás hélio, fisissorção de nitrogênio, sedimentometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX) e ponto de carga zero (pHPCZ). Inicialmente, foram realizados experimentos em sistema fechado e batelada para avaliar o efeito do pHinicial da solução. Após isso, realizaram-se os experimentos de equilíbrio. Por fim, foram obtidas as curvas de ruptura em leito fixo sob diferentes vazões volumétricas e alturas do leito, definidas a partir de um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional (DCCR) e utilizando modelagem matemática fenomenológica. A caracterização apresentou baixa quantidade de poros na estrutura da resina e a análise do pHPCZ indicou que o ponto de carga zero da resina foi 2,68. Os testes de pH mostraram que a maior capacidade de remoção da CIP foi alcançada para valores de pH abaixo de 6. Na análise dos resultados de equilíbrio, foi possível verificar que o modelo de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais obtidos em sistema fechado e batelada, fornecendo os valores de 510,64 mg g-1 e 1,93 L mg-1 para os parâmetros qmáx e bL, respectivamente. Nos ensaios em coluna de leito fixo, a maximização da eficiência da coluna em função de suas variáveis testadas, foi obtida para vazão volumétrica de 3,8 cm3 min-1 e altura do leito de 15,2 cm (81,5%). Paralelamente, notou-se que o modelo cinético que considera a etapa de adsorção na superfície (AS) como limitante do processo, conseguiu descrever de forma satisfatória os resultados obtidos em coluna. De forma geral, o trabalho conseguiu identificar uma alta capacidade de remoção do fármaco ciprofloxacina com a utilização da resina SGC650H. Além disso, apresentou resultados satisfatórios na previsão da eficiência da coluna a partir da modelagem matemática fenomenológica utilizada. Com isso, observa-se uma nova perspectiva no tratamento deste composto fármaco e a possível aplicação do método em larga escala.

This study evaluated the use of the technique of adsorption in fixed-bed column using chitosan and fish scale to treat wastewater contaminated with dyes (Indigo Carmine (IC), Reactive Black 5 (RB05) and Reactive Orange 16 (RO16)). We tried to identify the interaction between the adsorbate and adsorbent and evaluate the influence of parameters: initial concentration of the dye in the effluent, bed height and flow rate in the maximum adsorption capacity. To achieve these objectives the adsorption studies were conducted in fixed bed in a glass column 9 cm and 0.6 cm in diameter. The concentration of dye in the effluent was monitored by measuring their absorbance alert of a UV-VIS spectrophotometer. The results of adsorption of the dyes on the chitosan and fish scales are presented in the form of breakthrough curves (C / Co vs. t). The adsorbed amount of each solid in the column, the balance was calculated. Starting of the curve data burst data were obtained from many different alert nonlinear models (Thomas, Model Adams-Bohart, Model Model Yan and Yoon-Nelson). Starting studies of fixed bed adsorption, is obsevou RO16 that the adsorption of the chitosan showed the highest amount adsorbed on average 30 mg g-1, the amounts found in HF and RB05 chitosan. As for the fish scale, the RB05 had the highest amount adsorbed on average 56 mg g-1, compared to IC and RO16. It was also observed that the model of Yan was suitable to represent the results obtained for the adsorption column so as to HF and RB05 RO16 in chitosan. No model was adequate to represent the results obtained for the adsorption column IC and RO16 in fish scales. Models Thomas and Adams-Bohart were the most suitable to represent the curve data burst in the adsorption RB05 fish scales. These results show that the parameters: initial concentration of dye in the effluent flow and the bed height influence the maximum quantity adsorbed and that the employed methods were adequate in view of the results obtained allow to make a clear and consistent evaluation, the performance of such adsorption technique for effluents contaminated with dyes. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho foi avaliado o uso da técnica de adsorção em coluna de leito fixo utilizando quitosana e escama de peixe para tratar efluentes contaminados com corantes (Índigo Carmim (IC), Preto Reativo 5 (RB05) e Laranja Reativo 16 (RO16)). Buscou-se identificar a interação entre o adsorvente e o adsorvato e avaliar a influência dos parâmetros: concentração inicial do corante no efluente, altura do leito e vazão na capacidade máxima de adsorção. Para chegar a esses objetivos os estudos de adsorção em leito fixo foram conduzidos em uma coluna de vidro com 9 cm de altura e 0,6 cm de diâmetro. A concentração do corante no efluente foi monitorada medindo sua absorvância, atravez de um espectrofotômetro de UV-VIS. Os resultados de adsorção dos corantes sobre a quitosana e a escama de peixe são apresentados sob a forma de curvas de ruptura (C/Co versus t). A quantidade adsorvida de cada sólido na coluna, no equilibrio, foi calculada. Apartir dos dados da curva de ruptura foram obtidos dados atravez de vários modelos não linear (Modelo de Thomas, Modelo de Adams-Bohart, Modelo de Yan e o Modelo de Yoon-Nelson).Apartir dos estudos de adsorção de leito fixo, obsevou-se que a adsorção do RO16 pela quitosana apresentou a maior quantidade adsorvida, em média de 30 mg g-1, do que as quantidades encontradas para IC e RB05 em quitosana. Já para a escama de peixe, o RB05 apresentou a maior quantidade adsorvida, em média 56 mg g-1, se comparados a IC e RO16. Observou-se também que o modelo de Yan foi o mais adequado para representar os resultados obtidos para a adsorção em coluna tanto para IC quanto para RB05 e RO16 em quitosana. Nenhum modelo foi adequado para representar os resultados obtidos para adsorção em coluna do IC e RO16 em escama de peixe. Os modelos de Thomas e Adams-Bohart foram os mais adequados para representar os dados da curva de ruptura da adsorção do RB05 em escama de peixe. Esses resultados mostram que os parâmetros: concentração inicial do corante no efluente, altura do leito e vazão têm influência na quantidade máxima adsorvida e que os métodos empregados mostraram-se adequados, tendo em vista que os resultados obtidos permitiram fazer uma avaliação clara e consistente, do desempenho da adsorção como técnica de tratamento para efluentes contaminados com corantes.

A L-asparaginase (EC 3.5.1.1) é a enzima responsável pela hidrólise da L-asparagina em ácido L-aspártico e amônia, sendo utilizada como agente antitumoral e também para reduzir o conteúdo de acrilamida, composto neurotóxico e carcinogênico, presente em certos alimentos processados a altas temperaturas. Atualmente, o número de trabalhos referentes à produção de L-asparaginase por leveduras e fungos é limitado, principalmente quanto à produção da enzima de forma extracelular em fermentação em estado sólido (FES). Assim, o presente trabalho visou avaliar a produção de L-asparaginase extracelular por FES utilizando fungos e leveduras. Foi avaliado um grupo de 10 cepas de microrganismos como potenciais produtores de L-asparaginase extracelular. Na FES empregou-se o bagaço de cana-de-açúcar (80% de umidade relativa) como suporte suplementado com meio Czapek-Dox modificado e essas foram realizadas em frascos Erlenmeyer de 50 mL a 30 °C por 72 horas para leveduras e 96 horas para o fungo A. terreus. A atividade enzimática foi determinada pela metodologia do hidroxamato e confirmada por testes de cromatografia em camada delgada. Após a seleção dos microrganismos produtores de L-asparaginase extracelular, foi testada a influência de diferentes fontes de carbono, fontes de nitrogênio, pH, tamanhos de partícula e temperaturas na produção de L-asparaginase extracelular por FES utilizando um arranjo ortogonal Taguchi L\'16. Após essa etapa de seleção das variáveis foram realizados ensaios visando a otimização do processo, avaliando o efeito da concentração da fonte de carbono e nitrogênio por planejamento composto central rotacional (DCCR) 24. Finalmente, e com as melhores condições, avaliou-se a produção de L-asparaginase em reator em coluna de leito fixo com volume de 180 mL. Dos microrganismos testados na etapa de seleção, o fungo filamentoso Aspergillus terreus CCT7693 demostrou resultados positivos de atividade asparaginolítica, sendo este selecionado para os experimentos posteriores. De acordo com o arranjo ortogonal Taguchi L\'16, a maior produção de L-asparaginase extracelular (112,57 ± 13,65 U/L) foi obtida quando a maltose foi utilizada como fonte de carbono; a glutamina como fonte de nitrogênio (indutor); pH de 5,5; tamanho de partícula inferior a 0,850 mm e temperatura de 25 °C. No DCCR foram determinadas como condições otimizadas uma concentração de amido de 0,54%; ausência de maltose; concentração de L-asparagina de 0,44% e concentração de L-glutamina de 1,14%, obtendo-se uma atividade L-asparaginase máxima de 120,732 ± 16,77 U/L atingindo uma produção 7,39 vezes superior àquela obtida inicialmente (16,34 ± 3,28 U/L). Na etapa de produção da enzima em reator em coluna de leito fixo obteve-se uma atividade enzimática máxima total de 105,3 U/L demonstrando que este novo modo de produção utilizado foi eficaz. Assim, o presente trabalho permitiu avaliar aspectos relacionados com as condições de cultivo e selecionar o fungo Aspergillus terreus CCT7693 como microrganismo produtor de L-asparaginase extracelular por FES, abrindo perspectivas para explorar este sistema visando aumento de escala de produção. / L-asparaginase (EC 3.5.1.1) is the enzyme that hydrolyses L-asparagine into L-aspartic acid and ammonia. It can be used as a chemotherapeutic agent and also to reduce acrylamide concentration, a neurotoxic and carcinogenic compound, present in certain foods processed at high temperatures. Currently, the amount of works related to Lasparaginase production by yeast and fungi is limited, mainly when it comes to extracellular enzyme production under solid-state fermentation (SSF). Thus, the present work aimed to evaluate the production of extracellular L-asparaginase by SSF using fungi and yeasts. The potential to produce extracellular L-asparaginase was evaluated within a group of 10 strains of microorganisms. In the SSF, sugarcane bagasse (80% relative humidity) was used as support, supplemented with modified Czapek-Dox medium, and the fermentations were done in 50 mL-Erlenmeyer flasks at 30 °C, for 72 hours for yeasts and 96 hours for A. terreus fungus. The enzymatic activity was determined by hydroxamate methodology and confirmed by thin-layer chromatography. After the selection of the extracellular Lasparaginase producing microorganisms, the influence of different carbon and nitrogen sources (inductor), pH, particle sizes and temperatures was tested for the extracellular Lasparaginase production by SSF, using a Taguchi L\'16 orthogonal array. After this initial screening of variables stage, assays aiming at optimizing the process were performed, evaluating the effect of carbon and nitrogen source concentration by central composite design 24 (CCD). With the best conditions, the production of L-asparaginase was assayed in a fixed-bed column reactor with a volume of 180 mL. Among the microorganisms tested in the selection stage, only the filamentous fungus Aspergillus terreus CCT7693 showed positive results for asparaginolytic activity, and it was selected for the later experiments. According to orthogonal array Taguchi L\'16, the highest production of extracellular Lasparaginase (112.57 ± 13.65 U/L) was obtained when maltose was used as carbon source; L-glutamine as nitrogen source (inductor); pH 5.5; particle size less than 0.850 mm and temperature of 25 °C. Through CCD, the optimized conditions were set as: 0.54% starch concentration; absence of maltose; 0.44% L-asparagine concentration and 1.14% Lglutamine concentration. The maximum L-asparaginase activity obtained was 120.723 ± 16.77 U/L, reaching a production 7.39 folds higher than an obtained initially (16.34 ± 3.28 U/L). In the stage of enzyme production in a fixed-bed reactor, a total enzymatic activity of 105.3 U/L was obtained, which indicates that the new production mode was efficient. Thus, the present work allowed to evaluate aspects related to the culture conditions and to select the fungus Aspergillus terreus as a microorganism producer of extracellular L-asparaginase by FES, opening perspectives to explore this system, aiming at increasing scale production.