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Removal of Cu2 +, Cd2 + and Zn2 + using silica spheres functionalized with EDTA: batch and column study / RemoÃÃo de Cu2+, Cd2+ e Zn2+ utilizando esferas de sÃlica funcionalizada com EDTA: estudo em batelada e coluna

Diego de Quadros Melo 27 January 2012 (has links)
FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Matrizes inorgÃnicas tÃm sido utilizadas como materiais adsorventes para remoÃÃo de poluentes quÃmicos em sistemas aquÃticos, dada Ãs suas boas capacidades de adsorÃÃo e estabilidades fÃsicas e quÃmicas Neste trabalho, foi sintetizado esferas de sÃlica funcionalizadas com EDTA com a finalidade de remover Ãons metÃlicos em soluÃÃo aquosa. A cinÃtica de adsorÃÃo dos Ãons em estudo (Cu2+, Cd2+ e Zn2+) foi feita em pH 5,5 numa concentraÃÃo de 60 mg L-1, onde se observou que o equilÃbrio à atingido extremamente rÃpido, cerca de 10 minutos, o que indica que a etapa limitante do processo de adsorÃÃo pode ser a quimissorÃÃo, evidenciado pelos melhores ajustes para o modelo de pseudo-segunda ordem. As isotermas de adsorÃÃo foram submetidas ao modelo linear e nÃo linear para efeito de comparaÃÃo, utilizando o R2 e funÃÃo erro SSE como referencia. O estudo com sistema simples e multielementar dos Ãons foi realizado em pH 5,5, concentraÃÃes variando de 10-300 mg L-1, onde os dados foram submetidos aos modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin e Redlich-Peterson. Os resultados evidenciaram um melhor ajuste para o modelo de Langmuir, o qual defende que os sÃtios de adsorÃÃo sÃo homogÃneos e adsorÃÃo à em monocamada. As capacidades mÃximas de adsorÃÃo observadas nos estudos de equilÃbrio para o sistema mono e multielementar seguem a ordem Cu2+> Zn2+> Cd2+. Para efeito de comparaÃÃo de modelos foi utilizado o mÃtodo de AKAIKEÂS onde comprovou que os resultados se ajustam melhor ao modelo de Langmuir. Com respeito ao estudo de adsorÃÃo em coluna, as curvas de ruptura indicaram que a saturaÃÃo da mesma ocorre num volume de 35 mL. O uso do eluente HCl 0,1 M, permitiu recuperar 100% dos Ãons adsorvidos. A coluna foi utilizada por trÃs ciclos para verificar seu potencial de uso, e foi comprovado que nos trÃs ciclos consegue-se recuperar 100% dos metais, o que significa uma Ãtima eficiÃncia das esferas de sÃlica-APTS-EDTA. / Inorganic matrices have been used as adsorbent mate rial for removal of chemical pollutants in aquatic systems, due to its good adsorption capacity for physical and chemical stabilities and this work was synthesized silica spheres functionalized with EDTA in order to remove metal i ons in aqueous solution . The kinetics of adsorption of the ions under study (Cu 2 + , Cd 2 + and Zn 2 + ) was performed at pH 5.5 at a concentration of 60 mg L -1 , where it was observed that equilibrium is reached very fast, about 10 minutes, indicating tha t limiting step of the adsorption process may be the chemisorption, as evidenced by t he best fitting model for the pseudo-second order. The adsorption isotherms were subjected to linear and nonlinear model for comparison, using the error fun ction SSE and R 2 as a reference. The study of simple and multielement ions was carri ed out at pH 5.5, concentrations ranging from 10-300 mg L -1 , where the data were submitted to the models of Langmuir, Freundlich, Temkin and Redlich-Peterson. The results showed a better fit to the Langmuir model, which argues that the adsorp tion sites are homogeneous and monolayer adsorption. The maximum sorption capaciti es observed in studies of equilibrium for the system mono and multielement fo llow the order Cu 2 + > Zn 2 + > Cd 2+. For comparison model method was used Akaike's whe re proved that the Langmuir model is the best. With respect to the stu dy of adsorption column, the breakthrough curves indicate that saturation occurs in the same volume of 35 mL. The use of the eluent 0.1 M HCl, allowed to recover 100% of the adsorbed ions. The column was used for three cycles to verify their po tential use, and it was proved that in the three-cycles can recover 100% of the metals, which means an optimum efficiency of the spheres of silica-APTS-EDTA.
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RemoÃÃo de Cromo e Zinco por Aspergillus niger / REMOVAL OF CHROMIUM AND ZINC BY Aspergillus niger

Maria do Socorro Vale 08 March 2010 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os microrganismos tÃm sido amplamente estudados para remoÃÃo de diversos contaminantes em Ãguas residuÃrias, dentre eles os metais pesados. Este estudo tem como abordagem principal a remoÃÃo de metais tÃxicos pelo fungo filamentoso Aspergillus niger isolado do efluente de uma indÃstria petroquÃmica. A pesquisa foi dividida em duas partes: a primeira foi a verificaÃÃo do efeito da toxicidade Zn(II) e Cr(VI) pelo fungo estudado, jà que estes poluentes podem causar distÃrbios Ãs atividades microbianas e vir a comprometer ambientes poluÃdos e a segunda foi a remoÃÃo destes metais por biossorÃÃo utilizando a biomassa na forma de âpelletsâ. Os testes de toxidade foram feitos atravÃs de verificaÃÃo do crescimento do fungo, em meio semi-sÃlido, na presenÃa de diferentes concentraÃÃes dos metais. Os testes de adsorÃÃo foram feitos com os âpelletsâ da biomassa viva e morta. Foram avaliadas as caracterÃsticas de superfÃcie da biomassa atravÃs da determinaÃÃo do ponto de carga zero, identificaÃÃo dos sÃtios de adsorÃÃo da biomassa e anÃlise de microscopia eletrÃnica de varredura. A capacidade de adsorÃÃo da biomassa foi determinada atravÃs de estudos cinÃticos e de equilÃbrio de adsorÃÃo. Os estudos de toxicidade indicaram que o fungo estudado foi mais resistente ao Zn(II) que ao Cr(VI), sendo completamente inibido em concentraÃÃes superiores a 500 mg Zn(II).L 1 e 150 mg Cr(VI).L-1. A concentraÃÃo do ingrediente ativo capaz de inibir 50% do crescimento micelial do fungo està na faixa e 100 a 150 mg.L-1, para os dois Ãons metÃlicos. Na biomassa foi verificada a presenÃa de grupos carboxÃlicos, hidroxil, aminos e fosfatos, indicando que esta pode ser usada para biossorÃÃo de metais. O fungo apresenta estrutura fibrosa, o que favorece a adsorÃÃo de metais. O processo de adsorÃÃo dos metais, tanto pela biomassa viva quanto pela biomassa morta, se ajustou aos modelos cinÃticos pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem e o equilÃbrio seguiu modelos de Langmuir e Freundlich para concentraÃÃes de adsorvato menores que 50mg.L-1 e Freundlich para concentraÃÃes adsorvato superiores 50mg.L-1. Isso sugere o processo de biossorÃÃo dos metais se dà por mecanismos fÃsicos e quÃmicos. Foram encontradas capacidades de sorÃÃo de 1,369 mg Zn(II).g-1 e 1,174 mg Cr(VI).g-1 para biomassa viva e de 3,833 mg Zn(II).g-1 e 4,997 mg Cr(VI).g-1 para biomassa morta. A biomassa morta apresentou maior capacidade de sorÃÃo tanto para Cr(VI) quanto para Zn(II). O fungo Aspergillus niger apresenta potencial para remoÃÃo de Zn(II) e Cr(VI) / Microorganisms have been widely studied for the removal of various contaminants in wastewater, among them heavy metals. This study is the main approach of metal removal by filamentous fungus Aspergillus niger isolated from the effluent of a petrochemical industry. The research was divided into two parts, the first was to check the toxicity effect of Zn (II) and Cr (VI) by the fungus studied, since these pollutants can cause disturbances to microbial activity and eventually jeopardize the polluted environments and the second was the removal of these metals by biosorption using biomass in the form of pellets. The toxicity tests were done by testing the growth of the fungus, in semi-solid in the presence of different concentrations of metals. The adsorption tests were made with the pellets of live and dead biomass. The surface characteristics of biomass were evaluated by determining the point of zero charge, identification of sites of adsorption of biomass and analysis of scanning electron microscopy. To evaluate the adsorption capacity of biomass were performed kinetic studies and equilibrium adsorption. The toxicity studies indicated that the fungus has been studied more resistant to Zn (II) to Cr (VI), being completely inhibited at concentrations above 500 mg Zn (II).L-1 and 150 mg Cr (VI).L-1. The concentration of active ingredient capable of inhibiting 50% of mycelial growth is in the range and 100 to 150 mg.L-1 for the two metal ions. Biomass was observed in the presence of carboxyl groups, hydroxyl, amino and phosphate, indicating that this can be used for biosorption of metals. The fungus has fibrous structure, which favors the adsorption of metals. The adsorption of metals to the living biomass as the dead biomass, fitted kinetic models of pseudo-first order and pseudo second order and the equilibrium followed the Langmuir and Freundlich models for adsorbate concentrations smaller than 50mg.L-1 and the Freundlich model when adsorbate concentrations biggest than 50mg.L-1. This suggests the process of biosorption of metals occurs by physical and chemical mechanisms. Sorption capacities were found to 1,396 mg Zn(II).g-1 and 1,174 mg Cr(VI). g-1 for living biomass and 3,833 mg Zn(II).g-1 and 4,997 mg Cr(VI).g-1 for dead biomass. The dead biomass showed higher sorption capacity for removal of Cr (VI) as Zn (II). The fungus Aspergillus niger has a potential to remove Zn (II) and Cr (VI)
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AdsorÃÃo de Ãons MetÃlicos de Efluente Aquoso Usando BagaÃo do PedÃnculo de Caju: Estudo de Batelada e Coluna de Leito Fixo. / Adsorption of Metal Ions from Aqueous Solutions Using Cashew Peduncle Bagasse: Batch and Fixed Bed Column Study.

Sarah de Abreu Moreira AraÃjo 20 June 2008 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O uso de resÃduos agroindustriais puros ou modificados quimicamente para a remoÃÃo de metais em efluentes industriais aparece como uma alternativa promissora Ãs tecnologias existentes. Os agroresÃduos sÃo bastante estudados devido à sua abundÃncia, baixo custo, biodegradabilidade e a nÃo formaÃÃo de lodo. Neste trabalho utilizou-se o bagaÃo do pedÃnculo de caju (Anarcadium occidentale L.) como adsorvente para remoÃÃo de metais pesados de soluÃÃo aquosa e de efluente produzido por uma indÃstria de galvanoplastia localizada em Fortaleza (Cearà â Brasil). Foram estudados os sistemas de adsorÃÃo em batelada e coluna de leito fixo. Na etapa de batelada foram avaliados o tratamento quÃmico, o efeito do tamanho das partÃculas, o efeito da concentraÃÃo do adsorvente e o efeito do pH. Os resultados indicaram que o tratamento dado ao bagaÃo do pedÃnculo de caju com NaOH 0,1 mol.L-1/3 horas foi mais eficiente na remoÃÃo dos Ãons metÃlicos. Este material foi usado para o estudo de adsorÃÃo dos metais com as seguintes caracterÃsticas: faixa de tamanho de partÃculas de 20-59 mesh, concentraÃÃo de 50 g/L e pH 5,0. O estudo de cinÃtica indicou que o equilÃbrio de adsorÃÃo multielementar foi atingido em 60 minutos (pH 5,0) e segue cinÃtica de pseudo-segunda ordem. Foram utilizados os modelos de Langmuir e Freundlich para avaliar a capacidade de adsorÃÃo dos metais pesados pelo bagaÃo do pedÃnculo de caju. O modelo de Langmuir foi adequado para todos os Ãons metÃlicos em um sistema multielementar. Na segunda etapa da pesquisa foram realizados experimentos para otimizaÃÃo das condiÃÃes operacionais da coluna. Os resultados mostraram que uma vazÃo de 3,0 mL/min e uma altura de 12,0 cm de leito aumentaram o percentual de remoÃÃo para todos os metais tÃxicos estudados. As curvas de ruptura investigadas para um sistema multielementar indicaram que a ordem das capacidades de adsorÃÃo foi a seguinte: Pb2+ > Cu2+ > Ni2+ > Zn2+ > Cd2+. A aplicabilidade dos estudos de coluna numa amostra real, oriunda de empresa de galvanoplastia contendo Cu2+, Ni2+ e Zn2+, foi eficiente para remoÃÃo dos Ãons Ni2+ e Zn2+. A dessorÃÃo dos Ãons metÃlicos, retidos na coluna, foi eficiente usando HCl 1,0 mol/L como eluente. Os ensaios de reciclagem da coluna mostraram que o adsorvente pode ser utilizado apenas num ciclo. / Recently, the use of agroindustry residues (pure or chemically modified) for metal removal from industrial effluents offers a potential alternative to existing treatment technologies. The agrowastes are most studied because are readily available, cheap, biodegradable, sludge free and of low cost and land investment. In this work was used the cashew (Anacardium occidentale L.) peduncle bagasse as adsorbent for metal removal from aqueous solution and wastewater aqueous from electroplating industries local (Fortaleza, Ceara-Brazil). Adsorption systems in batch and fixed bed column were studied. Previously was investigated the chemical treatment, the particle size effect, adsorbent concentration and pH effect. The results showed that the treatment employed in the cashew peduncle bagasse with 0.1M NaOH for 3 h was the most efficient. The material characteristics: used on metal adsorption were: particle size ranged 20 â 59 mesh, adsorbent concentration (50g/L) at pH 5.0. The kinetic study indicated that the adsorption equilibrium multielementary were achieved in 60 minutes (pH 5.0) and followed a pseudo-second order model. The adsorption capacity of cashew peduncle bagasse for heavy metals had been evaluated using Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The Langmuirâs model gave best results for all metal ions in a multielementary system. In the second step of the work were carried out experiments to optimization of the column operational parameters. The results showed that for a flow rate of 3.0 mL/min and bed height of 12.0 cm there is an increased on the metal removal. The breakthrough curves for multielementary system indicated the order for adsorption capacity: Pb+2 > Cu+2 > Ni+2 > Zn+2 > Cd+2. The column parameters obtained with the synthetic effluents were applied in a real sample contained Cu+2, Ni+2 and Zn+2. It was found to be an efficient for the removal of Ni+2 and Zn+2. The metal desorption on the column was efficient using 1.0 M HCl as eluent. The tests of recycling of the column showed that the adsorbent can be used only for a cycle.
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Estudo sistemÃtico da precipitaÃÃo seletiva de Cu(II), Zn(II), Ni(II) utilizando H2S gerado na hidrÃlise da Tioacetamida para aplicaÃÃo no tratamento de resÃduos aquosos da indÃstria de galvanoplastia / Systematic study of selective precipitation Cu (II), Zn (II), Ni (II) using the generated H2S Thioacetamide hydrolysis of the application for waste treatment aqueous electroplating industry

Paula Marcelle Oliveira Silva 27 January 2012 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A precipitaÃÃo de Ãons metÃlicos com sulfeto à um processo importante no tratamento Ãguas residuÃrias oriundas de efluentes industriais de acabamento metÃlico. Sobretudo, por ser uma alternativa viÃvel para a recuperaÃÃo e reutilizaÃÃo de metais jà que o controle de pH a torna seletiva. O presente trabalho estudou a precipitaÃÃo seletiva de Cu2+, Zn2+ e Ni2+ utilizando H2S(g) gerado pela hidrÃlise da Tioacetamida. Os estudos foram realizados em escala laboratorial em duas etapas. Na primeira etapa, foram realizados estudos monoelementar para cada Ãon (100 mg.L-1), sendo inicialmente investigado os seguintes parÃmetros: montagem do sistema reacional, faixa de pH (2,0 a 6,0) e tempo de exposiÃÃo ao gÃs H2S (de 30 a 150 minutos). O estudo mostrou que o Cu2+ precipita imediatamente quando à exposto ao H2S(g) e em qualquer valor de pH testados alcanÃando 99,9% de remoÃÃo. Para o Zn2+ a precipitaÃÃo foi preferencial quando o pH ficou entre 4,0 e 5,0, e o tempo de exposiÃÃo ideal foi de 60 min, para que a precipitaÃÃo fosse acima de 95,0%. O pH influenciou todo o processo de precipitaÃÃo dos Ãons, sendo mais influente para o Ni2+, iniciando sua precipitaÃÃo em pH 6,0, e apÃs 4 ciclos de 30 min, somando um tempo de exposiÃÃo de 120 min para que a sua remoÃÃo fosse acima de 90%. Na segunda etapa, foram realizados estudos de mistura binÃria e ternÃria dos Ãons a partir dos valores de pH e tempo de exposiÃÃo encontrados pelo estudo individual. Em resumo, os resultados obtidos nos experimentos feitos com a mistura dos Ãons corresponderam aos resultados obtidos no estudo de metal simples, fixando o valor de pH 2,0 para precipitaÃÃo do Cu2+, pH entre 4,0 e 5,0 para precipitaÃÃo do Zn2+ e pH = 6,0 para precipitaÃÃo do Ni2+. Para os sistemas Cu2+-Zn2+ e Cu2+-Ni2+ os resultados mostraram pouca interferÃncia de um Ãon na precipitaÃÃo do outro, sendo possÃvel a separaÃÃo de ambos e precipitaÃÃo acima de 90%. Por outro lado para o estudo do sistema Zn+2-Ni +2 foi constatado que o controle rÃgido de pH à determinante para separar sulfetos metÃlicos com pKps muito prÃximos, obtendo 90% de remoÃÃo para ambos. Os resultados envolvendo a separaÃÃo fracionada do sistema Cu2+-Zn2+-Ni2+ foram satisfatÃrios, nÃo necessitando do uso de agentes complexantes e sim o controle rÃgido de pH. / The precipitation of metal sulfides is an important process to treat wastewater coming from industrial effluents from metal finishing Mostly because it is a viable alternative for the recovery and reuse of metals by controlling the pH becomes selective. This work studied the selective precipitation.of Cu2+, Zn2+-and Ni2+ using H2S(g) provided by the hydrolysis of thioacetamide. The studies were conducted in laboratory scale and in two steps. Firstly, studies were performed for each single metal ion (100 mg.L-1) were initially investigated the following parameters: setting up a reaction system, the pH range (0,5 a 6,0) and exposure time (30 -150 minutes). The studies showed that Cu2+ easily precipitated in the first 30 min at all pH values tested reaching 99,9% of removal. For the Zn2+ precipitation is preferred when the pH was between4.0 and 5.0, and optimum exposure time was 60 min, so that the precipitation was greater than 95.0%. The pH has influenced the process ion precipitation, and most influential for the Ni2+, starting from their precipitation at pH 6.0, and after 4 times of 30 min, adding an exposure time of 120 min so that its removal should be above 90%. In the second step, studies were conducted in binary and ternary mixture of ions from the values of pH and exposure time for individual study found. In summary, the results obtained in experiments conducted with the mixture of the ions correspond to the results obtained in the study of single metal, setting the pH value of 2.0 to precipitation of Cu2+, pH between 4.0 and 5.0 for precipitation of Zn2+ and pH = 6,0 for precipitation of Ni2+. For systems Cu2+ and Zn2+, Cu2+ and Ni2+ results showed little interference of an ion in the precipitation of another, with the possible separation and precipitation of both above 90%. In addition to the study of the system Zn2+- Ni2+ was found that the rigid control of pH is critical to separate metallic sulfides pKps very close to getting 90% removal for both. The results involving the fractional separation system Cu2+, Zn2+ e Ni2+ were satisfactory and does not require the use of complexing agents, but the drive control of pH.
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AdsorÃÃo de metais tÃxicos de efluente aquoso usando pà da casca de coco verde tratado / Adsorption of toxic metals from aqueous effluents using green coconut shell powder treated

Francisco Wagner de Sousa 20 April 2007 (has links)
Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Os resÃduos sÃlidos agroindustriais sÃo bastante estudados devido a sua abundÃncia e baixo custo para a recuperaÃÃo de efluentes industriais utilizando processos de adsorÃÃo. Neste trabalho utilizou-se o pà da casca de coco verde como adsorvente para remoÃÃo de metais pesados de efluentes aquosos produzidos por indÃstrias de eletrodeposiÃÃo localizadas em Juazeiro do Norte (CearÃ-Brasil). Sistemas de adsorÃÃo em batelada e coluna foram estudados. Na primeira etapa deste trabalho foram investigados o tratamento quÃmico, o efeito da granulometria, o efeito da concentraÃÃo do adsorvente e o efeito do pH. Os resultados mostraram que o tratamento aplicado no pà da casca de coco verde com NaOH 0,1mol.L-/3h foi mais eficiente. Este material foi usado para o estudo de adsorÃÃo dos metais com as seguintes caracterÃsticas: faixa de granulometria de 60-99 mesh, concentraÃÃo de 40g/L e pH 5,0. O estudo de cinÃtica indicou que o equilÃbrio de adsorÃÃo multielementar foi atingido em 5 minutos (pH 5,0) e segue cinÃtica de pseudo-segunda ordem. As capacidades mÃximas de adsorÃÃo observadas nos estudos de equilÃbrio para um sistema multielementar foram: 7,89; 1,72; 3,24; 13,26 e 5,09 mg/g para Pb+2; Ni+2; Cd+2; Zn+2 e Cu+2, respectivamente. Na segunda etapa da pesquisa foram realizados experimentos para otimizaÃÃo das condiÃÃes operacionais da coluna. Os resultados mostraram que uma velocidade de fluxo de 2mL/min e uma altura de 10cm do leito aumentaram o percentual de remoÃÃo para todos os metais tÃxicos estudados. As curvas de ruptura investigadas para um sistema multielementar indicaram que a ordem das capacidades de adsorÃÃo foi a seguinte: Cu+2 > Pb+2 > Cd+2 > Zn+2 > Ni+2. A aplicabilidade dos estudos de coluna numa amostra real oriunda de empresas de galvanoplastia contendo: Ni+2, Zn+2 e Cu+2 mostraram que a remoÃÃo dos Ãons tÃxicos aumenta quando o pH da soluÃÃo à 5,0. A dessorÃÃo dos Ãons metÃlicos, retidos na coluna, foi eficiente usando HNO3 1,0mol.L- como eluente. Os ensaios de reciclagem da coluna mostraram que o adsorvente pode ser utilizado apenas num ciclo. / The solid agroindustry residues are most studied, due its abundance and low cost for recovery of wastewater industry using process of adsorption. In this work was used the green coconut shell powder as adsorbent for the heavy metals removal from wastewater aqueous produced for electroplating industries localized in Juazeiro do Norte (Ceara-Brazil). Adsorption systems in batch and column were studied. In the first step of this work was investigated the chemical treatment, the particle size effect, adsorbent concentration and pH effect. The results showed that the treatment employed in the green coconut shell powder with NaOH 0.1mol.L-/3h was the most efficient. This material was used for the metals adsorption study with the following characteristic: particle size ranged 60-99 mesh, adsorbent concentration (40g/L) and pH 5.0. The kinetic study indicated that the adsorption equilibrium multielementary were achieved in 5 minutes (pH 5.0) and followed a pseudo-second order model. The maximum capacities of adsorption observed for the multielementary system were: 7.89; 1.72; 3.24; 13.26 and 5.09mg/g to Pb+2; Ni+2; Cd+2; Zn+2 and Cu+2, respectively. In the second step of the work were carried out experiments to otimization of the operational parameters of the column. The results showed that for a flow rate of 2mL/min and height bed of 10cm there is an increased on the metals removal. The breakthrough curves investigated to a system multi indicated that the order for column capacity was the follow: Cu+2 > Pb+2 >Cd+2 > Zn+2 > Ni+2. The parameters optimization of the column obtained with the synthetic effluents were applied in a real sample contained (Ni+2, Zn+2 and Cu+2) which showed that the toxic ions removal increased at pH 5.0. The desorption of the metals ions retained on the column was efficient using the HNO3 1,0mol.L- as eluent. The tests of recycling of the column showed that the adsorbent can be used only a cycle.
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LIGNOCELLULOSIC ACTIVATED WASTE USE ADSORBENTS IN TOXIC METALS IONS REMOVAL: BATCH AND COLUMN STUDIES USING DESING EXPERIMENTAL / Uso de ResÃduos LignocelulÃsicos Ativados como Adsorventes na RemoÃÃo de Ãons MetÃlicos TÃxicos: Estudos de Batelada e Coluna Utilizando Planejamento Experimental.

Diego de Quadros Melo 27 November 2015 (has links)
FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The tururi and buriti fibers, and the castor bean stalks are extremely efficient to sorption of metal ions from aqueous solutions. In this study, the adsorbents were activated with different concentrations of alkali solutions (5, 7, 10 and 15% w/v). The materials were characterized by analytical techniques as infrared, X-ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetry analysis. The infrared spectra revealed that associated groups to macromolecules of hemicellulose and lignin after alkaline activation have less intensity compared to the initial samples. The XRD revealed, that after castor bean stalks alkaline activation, the presence of the cellulose type II peaks, which did not occur with tururi and buriti fibers. The fluorescence X-ray data showed that the cations present in the initial adsorbents, K+ and Ca2 + are exchanged by Cu (II), Ni (II), Cd (II) and Pb (II) in the sorption process. Studies of the influences of variables: mass of adsorbent; agitation rate; the initial pH and concentration using a fractional factorial design 24-1 demonstrated that all variables affect the response (adsorption capacity mg g-1). As a result for a larger value of qtotal, conditions were observed while maintaining the pH at 5.5; mass of the adsorbent 50 mg; agitation at 200 rpm and the initial concentration: 500 mg L-1. The adsorption kinetics revealed fast adsorption process, about 30 minutes, and good fitting to pseudo-second-order theoretical model to all adsorption process studied. Intraparticle diffusion models as Weber-Morris and Boyd were testes in order to study the limiting steps of the process.The results showed that for tururi and buriti fibers (with the exception of nickel ions) the rate-limiting step is not the intraparticle diffusion, while for the castor bean stalks, it was found that the rate-limiting step of the process is the intraparticle diffusion. The study of monoelement and multielement systems were performed at pH 5.5, initial concentrations from 20-500 mg L-1, which the experimental data were fitted to the Langmuir, Freundlich and Sips theoretical models. The tururi fibers adsorption capacities (mg g-1) in monoelementar and multielement system follows the order Pb (188.79)> Cd (92.20)> Cu (32.82)> Ni (22.23) and Cd (77.53)> Pb (43.93)> Cu (24.99)> Ni (19.51), respectively. Buriti fibers adsorption capacities (g-1 mg) in monoelementar and multielement systems follows the order of Cu (143.1)> Pb (112.1)> Ni (103.7)> Cd (86.33) and Pb (69.12)> Cu (49.28)> Ni (45.10)> Cd (24.95), respectively. Castor bean stalks adsorption capacities (g-1 mg) in in monoelementar and multielement systems follows the order of Pb (175.1)> Cd (124.8)> Ni (111.1)> Cu (89.23) and Cu (56.78)> Pb (55.82)> Cd (44.72)> Ni (43.48), respectively. The results showed a better fit for the Sips model, relating to a heterogeneous adsorption. Fixed bed studies using castor bean stalks checking the influence of variables adsorbent flow (1, 2 and 3 mL min-1), the height of the column (5, 7 and 10 cm) and initial concentration (100 , 200, 300 mg L-1) by the Box-Behnken planning revealed that there were no influence between the variables in the studied. The breakthrough curves were well fitted to the Thomas model. The study in real effluent with Cu (II) (galvanoplastic sector) was carried out using the optimized condition: flow (1 ml min-1); bed height (10 cm) initial concentration: (245.5 mg L-1) and it was found adsorption capacity of 32.42 mg g-1. The mamoneira stalks adsorbent was used for five cycles to verify their potential reuse, and it was found no significant efficiency losses. / As fibras tururi, buriti e talos da mamoneira sÃo resÃduos lignocelulÃsicos extremamente eficientes na sorÃÃo de metais de soluÃÃes aquosas. Neste trabalho, eles foram ativados com diferentes concentraÃÃes de soluÃÃes alcalinas (5, 7, 10 e 15% m/v). Os materiais foram caracterizados pelas tÃcnicas analÃticas de Infravermelho, DifraÃÃo de Raios-X (DRX) e Termogravimetria. Os espectros de infravermelho revelaram que os grupos associados Ãs macromolÃculas de hemicelulose e lignina diminuem em intensidade ou desaparecem apÃs a ativaÃÃo alcalina. Os DRX revelaram que apÃs a ativaÃÃo alcalina, os talos da mamoneira apresentaram picos de celulose tipo II, o que nÃo ocorreu com as fibras de tururi e buriti. O dados de FluorescÃncia de Raios-X revelaram que os cÃtions presentes nos adsorventes como Na(I) e Ca(II) sÃo trocados pelos Ãons Cu(II), Ni(II), Cd(II) e Pb(II) no processo de sorÃÃo. Os estudos das influÃncias das variÃveis: massa do adsorvente; taxa de agitaÃÃo; pH e concentraÃÃo inicial utilizando planejamento experimental fracionÃrio 24-1 demostrou que todas as variÃveis afetaram a resposta (capacidade de adsorÃÃo mg g-1). Como resultado para um maior valor de qtotal, as condiÃÃes observadas foram mantendo o pH em 5,5; massa do adsorvente em 50 mg; taxa de agitaÃÃo em 200 rpm e concentraÃÃo inicial 500 mg L-1. A cinÃtica de adsorÃÃo revelou rÃpida adsorÃÃo, cerca de 30 minutos em geral, seguindo o modelo de pseudo-segunda ordem em todos os processos adsortivos. Modelos de difusÃo intrapartÃcula como de Webber-Morris e Boyd foram estudados a fim de determinar as etapas limitantes do processo. Os dados evidenciaram que para as fibras de tururi e buriti (com exceÃÃo dos Ãons nÃquel) a etapa limitante da velocidade nÃo à a difusÃo intraporo, enquanto para os talos de mamoneira foi verificado que a etapa limitante do processo à a difusÃo intrapartÃcula. O estudo com sistema monoelementar e multielementar foi realizado em pH 5,5, concentraÃÃes variando de 20-500 mg L-1, nos quais os dados foram aplicados aos modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) em sistema monoelementar e multielementar das fibras de tururi segue a ordem Pb(188,79)> Cd(92,20)> Cu(32,82)> Ni(22,23) e Cd(77,53)> Pb(43,93)> Cu(24,99)> Ni(19,51), respectivamente. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) das fibras de buriti em sistema monoelementar e multielementar segue a ordem Cu(143,1)> Pb(112,1)> Ni(103,7) > Cd(86,33) e Pb(69,12)> Cu(49,28)> Ni(45,10)> Cd(24,95), respectivamente. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) dos talos de mamoneira em sistema monoelementar e multielementar segue a ordem Pb(175,1)> Cd(124,8)> Ni(111,1)> Cu(89,23) e Cu(56,78)> Pb(55,82)> Cd(44,72)> Ni(43,48), respectivamente. Em geral, os resultados evidenciaram melhor aplicabilidade ao modelo de Sips, o qual prediz que os sÃtios disponÃveis para adsorÃÃo sÃo heterogÃneos. Em relaÃÃo ao estudo de adsorÃÃo em leito fixo utilizando talos de mamoneira, a verificaÃÃo da influÃncia das variÃveis: fluxo do adsorvente (1, 2 e 3mL min-1), altura da coluna (5, 7 e 10 cm) e concentraÃÃo inicial (100, 200, 300 mg L-1) pelo planejamento de Box-Behnken, revelou que nÃo hà influencia mutua entre as variÃveis no intervalo estudado. As curvas de ruptura experimentais foram bem aplicadas ao modelo teÃrico de Thomas. O estudo com efluente real de Ãons Cu (II) (setor galvanoplÃstico) utilizando a condiÃÃo otimizada: fluxo (1mL min-1); altura de leito (10 cm) e concentraÃÃo inicial: (245,5 mg L-1) obteve 32,42 mg g-1 de capacidade de adsorÃÃo O adsorvente talos de mamoneira foi utilizado por cinco ciclos para verificar seu potencial de uso, nÃo havendo perdas significativas de eficiÃncia.

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