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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 crassipes

Lima, 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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