Nesta dissertação foi estudada a zeólita sintetizada a partir de cinzas leves de carvão como um potencial adsorvente para a remoção de corante reativo preto 5 (RP5). Ensaios cinéticos e de equilíbrio foram realizados visando obter-se as melhores condições para a adsorção deste corante, e verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: efeito do tempo de contato, concentração inicial do corante, dose do adsorvente, pH da solução aquosa, adição dos sais NaCl e Na2SO4 e temperatura. O tempo de equilíbrio foi alcançado após 420 min. Os dados de adsorção foram ajustados melhor ao modelo cinético de pseudo-segunda-ordem. Para o sistema corante/adsorvente foi aplicado o modelo de isoterma de adsorção de Langmuir, apresentando capacidade de adsorção máxima de 0,685 mg g-1. Os dados experimentais mostraram uma alta porcentagem de remoção de 47,7 a 88,1% de RP5 sobre a zeólita. A alta porcentagem indicou que o material zeolítico apresenta potencial para ser usado como adsorvente na remoção de corantes azo reativo de indústrias têxteis. Os parâmetros termodinâmicos foram avaliados e demonstraram que o processo de adsorção do RP5 sobre a zeólita é espontâneo e exotérmico. Os experimentos adicionando os sais foram realizados para uma melhor simulação das condições reais do efluente. Os resultados mostraram que o equilíbrio de adsorção do RP5 sobre a zeólita na presença de sais foram alcançados em um tempo menor e que quanto maior a concentração dos sais na solução, maior a capacidade de adsorção. O resultado obtido na avaliação da toxicidade pelo microcrustáceo Daphnia similis, o tratamento de adsorção com zeólita se mostrou extremamente favorável5 reduzindo a carga tóxica e cor do efluente aquoso. / In this dissertation was studied the zeolite synthesized from coal fly ash as a potential adsorbent for the removal of reactive Black 5 dye (RP5). Equilibrium and kinetic experiments were conducted to obtain the best conditions for the adsorption of this dye, and observed the influence of the following parameters: effect of contact time, initial dye concentration, adsorbent dose, pH of the aqueous solution, addition of NaCl and Na2SO4 and temperature. The equilibrium time was reached after 420 min. The adsorption data were fitted better by a pseudo-second-order. For the dye / adsorbent system was applied to the model of Langmuir adsorption isotherm, with maximum adsorption capacity of 0.685 mg g-1. The experimental data showed a high percentage of removal from 47.7 to 88.1% of RP5 on the zeolite. The high percentage indicates that the zeolitic material has a potential to be used as adsorbent in the removal of azo dye reactive textile industries. The thermodynamic parameters were evaluated and showed that the adsorption process of RP5 on the zeolite is spontaneous and exothermic. The experiments were performed by adding salts to better simulate actual conditions in the effluent. The results showed that the adsorption equilibrium of reactive black 5 on the zeolite in the presence of salts were achieved in a shorter time and that the higher the concentration of salts in solution, the higher the adsorption capacity. The result obtained in the evaluation of toxicity by microcrustacean Daphnia similis treatment with zeolit adsorption was extremely favorable, reducing the toxic load of waste water and color.

Treatment of textile wastewaters containing dye materials using the conventional methods based on biological treatment is not possible. In order to overcome this problem, ozonation based on the oxidation of organic pollutants with ozone gas dissolved in aqueous phase have been studied widely. Catalytic ozonation and advanced oxidation processes (AOP) are also used in order to increase the efficiency of sole ozonation In this work, catalytic ozonation processes in the presence of Copper Sulfide (CuS) powder and a synthesized catalyst by the impregnation of iron on alumina (Fe/Al2O3) were studied separately in the treatment of dye solutions, namely Remazol Brilliant Blue-R (RBBR) and Reactive Black-5 (RB-5). Besides catalytic ozonation runs, ozonation parameters and ozonation mechanism were also studied and a model was developed for the semi-batch ozonation. Both catalysts increased the oxidation of side products measured by the decrease in the amount of total organic carbon (TOC) in the treated dye solutions. Dye removal rates were also enhanced in the treatment of RB-5 dye solutions while no significant effect was observed on dye removal rates of RBBR solutions. TOC removals above 90% were observed in the catalytic ozonation using CuS for both of the dye solutions at pH =10 having initial dye concentration of 100 mg/L. The most significant effect of the catalyst addition was observed at pH = 3 where the TOC removals of non-catalytic ozonation were the lowest. CuS addition increased percent TOC removal at the end of the reaction period of 80 min by 123% in the treatment of 100 mg/L RBBR solution, and by 65% in the treatment of 100 mg/L RB-5 solution at pH = 3. On the other hand, addition of Fe/Al2O3 catalyst increased TOC removal of 100 mg/L RB-5 solution by 52 % at pH = 3. In addition, volumetric mass transfer coefficients (kLa) of ozone in the absence and in the presence of a chemical reaction between dye and ozone were estimated from modeling. A correlation for the enhancement factor of ozone absorbed into dye solutions in terms of initial dye concentration was obtained and reported.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Y Ramos Suzaki.pdf: 2257740 bytes, checksum: e20921bc0a6b2dbdb9498b56275a75cc (MD5) Previous issue date: 2013-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to study the removal of dye Reactive Black 5 using as biosorbent macrophyte Limnobium spongia. It was investigated the influence of milling the biomass, the particle size, the chemical pretreatment adsorbent with the solution of NaOH 0.1 mol L¬-1 and H2SO4 0.1 mol L-1 , the stirring speed and also the influence of temperature and pH parameters. It was also determined adsorption kinetics and equilibrium. In the study of the influence of grinding, it was observed that the biomass of ground Limnobium spongia showed better results in the adsorption of the dye than the entire biomass. The different particle sizes and pretreatment of biomass tested did not influence significantly the removal of the dye. In the study stirring rate was observed that from 100 rpm external diffusional resistances are reduced to a minimum. The parameters pH and temperature were studied jointly by the method Central Composite Rotatable Design (CCRD), behavior demonstrated that these parameters are independent and greater amount of dye removed occurred at the maximum temperature 49.8°C and at pH 0.8. The kinetic study was made at temperatures of 20 and 50° C, the maximum amount of dye removed and the equilibrium time was of 81.97 mg g-1 and 6 h to 20°C and 105.6 mg g-1 and 4 h to 50°C. The kinetic data were best represented by pseudo-second order model. The equilibrium isotherms were performed at temperatures of 20, 30, 40 and 50º C. The highest removal of dye was 108.17 mg g-1 at 50°C and amount removed was 86 mg g-1 at 20°C. The equilibrium data of isotherms at all temperatures were predicted by the Langmuir model. / Este trabalho teve como objetivo estudar a remoção do corante Preto Reativo 5 utilizando como biossorvente a macrófita Limnobium spongia. No estudo da biossorção do corante, foram investigadas a influência da moagem da biomassa, o tamanho da partícula, o pré-tratamento químico do adsorvente com soluções de NaOH 0,1 mol L¬-1 e H2SO4 0,1 mol L¬-1, a velocidade de agitação e também a influência dos parâmetros temperatura e pH. Foram determinadas a cinética de adsorção e o equilíbrio. No estudo da influência da moagem, observou-se que a biomassa de Limnobium spongia moída obteve melhores resultados na adsorção do corante do que a biomassa inteira. As diferentes granulometrias e pré-tratamentos da biomassa testadas não influenciaram de forma significativa na remoção do corante. No estudo da velocidade de agitação observou-se que a partir de 100 rpm as resistências difusionais externas foram reduzidas ao seu valor mínimo. Os parâmetros pH e temperatura foram estudados de forma conjunta através do método de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) e o resultado demonstrou que estes parâmetros são independentes e que a maior quantidade de corante removida aconteceu na temperatura máxima testada 49,8ºC e no pH 0,8 (mínimo testado). O estudo cinético foi realizado nas temperaturas de 20 e 50ºC, a quantidade máxima de corante removido e o tempo de equilíbrio foram de 81,97 mg g-1¬¬ e 6 h para 20º e 105,6 mg g-1¬¬ e 4 h para 50ºC. Os dados cinéticos foram melhor representados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. As isotermas de equilíbrio foram avaliadas nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50ºC. O maior valor de remoção de corante foi de 108,2 mg g-1 na isoterma de 50ºC, enquanto que a quantidade máxima removida foi de 86 mg g-1 na isoterma de 20ºC. Os dados de equilíbrio das isotermas apresentaram comportamento previsto pelo modelo de Langmuir.

A problemática envolvendo os efluentes têxteis decorre principalmente da elevada coloração que apresentam, devido à presença de corantes que além de serem quimicamente estáveis, podem ser tóxicos e/ou carcinogênicos. Logo, quando são descartados in natura no meio ambiente causam problemas estéticos e, sobretudo, ambientais mesmo em baixas concentrações, além da possibilidade de serem nocivos à saúde humana e dos animais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a degradação eletroquímica de dois corantes têxteis, Reativo Azul 19 (RA-19) e o Reativo Preto 5 (RP-5) via Oxidação Anódica (OA), utilizando ânodos de Diamante Dopado com Boro (DDB) suportados em titânio ou em nióbio, via processo Eletro-Fenton (EF) e pela combinação dos processos com H2O2 eletrogerado e OA (CP), usando um eletrodo de Carbono Vítreo Reticulado (CVR) como cátodo. As degradações foram realizadas em célula eletroquímica de um compartimento e em reator de fluxo do tipo filtro-prensa com dois compartimentos. A eficiência das degradações foi monitorada pelas técnicas de espectrofotometria no UV-VIS, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e análise do teor de Carbono Orgânico Total (COT). As variáveis estudadas foram densidade de corrente (10-100 mA cm-2 em célula e 4-41 mA cm-2 em reator), dopagem do eletrodo de DDB/Ti (5.000 e 15.000 ppm B/C), concentração inicial dos íons Fe2+ (0-0,10 mmol L-1) e dos corantes (10-250 mg L-1). As degradações dos corantes apresentaram uma cinética de pseudo ordem zero; exceto quando o corante RP-5 foi degradado pelo processo EF, sendo o melhor ajuste ao modelo de pseudo primeira ordem. Além disso, em iguais condições eletroquímicas o corante RP-5 foi degradado em menor tempo em relação ao RA-19; sendo que em todos os processos estudados os corantes foram totalmente removidos. Considerando a OA em célula com os eletrodos de DDB/Ti, a degradação foi positivamente influenciada pelo aumento da densidade de corrente e dopagem do eletrodo, especialmente em relação a cinética. Além disso, os corantes RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 35 e 50 min de eletrólise quando 100 mA cm-2 foi aplicada ao eletrodo de DDB/Ti dopado com 15.000 ppm relação B/C. Em 2 h, 37% em mineralização foi observado para ambos os corantes e a toxicidade do RA-19 diminuiu contra as bactérias Vibrio fischeri. Ainda nessa condição total mineralização foi alcançada após 8 h de degradação. A remoção de COT foi favorecida utilizando o reator contendo os eletrodos de DDB/Nb e CVR ao invés da célula eletroquímica, chegando a percentuais de 84 e 82% em 30 e 90 min para os corantes RA-19 e RP-5 que foram removidos em 7,5 e 5 min, respectivamente, quando a densidade de 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb durante a degradação via exclusivamente OA. Entre os processos realizados no reator, o EF foi o energeticamente mais favorável, promovendo remoção em COT de 60 e 74% para os corantes RA-19 e RP-5 com consumo energético de 204 e 208 kWh kg-1, além disso, a completa remoção dos corantes ocorreu em 15 e 7,5 min, respectivamente, quando o eletrólito continha íons Fe2+ na concentração de 0,10 mmol L-1 e aplicando-se -0,4 V vs Ag/AgCl ao eletrodo de CVR. Na degradação os corantes via CP o RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 30 e 15 min com mineralização de 72 e 82% em 90 min associada a consumos energéticos de 562 e 745 kWh kg-1, respectivamente, quando 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb. Por fim, concluiu-se que os resultados das degradações dos corantes foram promissores, já que rápida remoção dos corantes foi observada, além da parcial mineralização. Logo os processos propostos podem ser aplicados na remoção dos corantes em água; sendo necessários realizar mais estudos, principalmente em relação ao material eletródico e configuração do sistema eletroquímico visando a aplicação industrial. / The main problem involving the textile wastewater is theirs high coloration since they present dyes, which are chemically stable and can be toxic and/or carcinogenic. Therefore, when the textile wastewater are discarded in nature in the environment, even in low concentrations, they may cause not only aesthetic and environmental problems, but also can be harmful to human and animal health. In this context, the aim of the study was to evaluate the electrochemical degradation of two textile dyes, Reactive Blue 19 (RB-19) and Black 5 (RB-5) via Anodic Oxidation (AO) using as anodes Boron Doped Diamond electrodes (BDD) supported on titanium or niobium, via Electro-Fenton (EF) process and by combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO (CP) using a Reticulated Vitreous Carbon electrode (RVC) as cathode. The degradations assays were carried out in an electrochemical cell with one compartment and in a filter-press flow reactor with two compartments. The efficiency of degradation was monitored by UV-VIS spectrophotometry, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and analysis of Total Organic Carbon (TOC). The variables studied were current density (10-100 mA cm-2 for cell and 4-41 mA cm-2 for reactor), doping of the BDD/Ti electrodes (5,000 e 15,000 ppm B/C), initial concentration of the Fe2+ ions (0-0,10 mmol L-1) and dyes (10-250 mg L-1). The kinetic results showed that the removal of dyes followed the model of pseudo zero order; except when the RB-5 dye was degraded by EF process, which the best fitted was to pseudo first order model. Furthermore, for equal conditions the RB-5 was degraded in less time in comparison to the RB-19. In addition, the dyes were fully removed in all the processes studied. Regarding the AO in cell with BDD/Ti, the degradation was positively influenced by the increasing in current density and doping of the electrode, primarily the kinetics parameters. In addition, total removal of RB-19 and RB-5 was achieved in 35 and 50 min of electrolysis when 100 mA cm-2 was applied to the electrode doped with 15,000 ppm ratio B/C. In 2 h, 37% in mineralization was attained for both dyes and the toxicity effect of the RB-19 decreased against the bacteria Vibrio fischeri. In this condition, total TOC removed was also reached after 8 h. The TOC removal was enhanced using the reactor fitted with BDD/Nb and RVC instead of the electrochemical cell, achieving TOC removal of 84 and 82% in 30 and 90 min for RB-19 and RB-5 which were removed in 7.5 and 5 min, respectively, when 41 mA cm-2 was applied to the BDD/Nb in the degradation exclusively via AO. Among the processes carried out in the reactor, the EF was the energetically most favourable since TOC removal of 60 and 74% for RB-19 and RB-5 with energy consumption of 204 and 208 kWh kg-1 were noted. In addition, the RB-19 and RB-5 were completely removed in 15 and 7.5 min, respectively, when the electrolyte containing 0.10 mmol L-1 of Fe2+ ions and -0.4 V vs Ag/AgCl was applied to CVR electrode. The combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO for degradation of the dyes removed the RB-19 and RB-5 in 30 and 15 min with mineralization of 71.6 and 81.8% in 90 min associated to energy consumptions of 562 and 745 kWh kg-1 respectively, when 41 mA cm-2 was applied to BDD/Nb. Therefore, the degradation results of the dyes were promised since quickly removal of the dyes and partial mineralization were observed hence the proposed processes could be used to remove the dyes from water. However, more studies are needed to enable an industrial application, especially regarding the electrode material and configuration of the electrochemical system.

A problemática envolvendo os efluentes têxteis decorre principalmente da elevada coloração que apresentam, devido à presença de corantes que além de serem quimicamente estáveis, podem ser tóxicos e/ou carcinogênicos. Logo, quando são descartados in natura no meio ambiente causam problemas estéticos e, sobretudo, ambientais mesmo em baixas concentrações, além da possibilidade de serem nocivos à saúde humana e dos animais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a degradação eletroquímica de dois corantes têxteis, Reativo Azul 19 (RA-19) e o Reativo Preto 5 (RP-5) via Oxidação Anódica (OA), utilizando ânodos de Diamante Dopado com Boro (DDB) suportados em titânio ou em nióbio, via processo Eletro-Fenton (EF) e pela combinação dos processos com H2O2 eletrogerado e OA (CP), usando um eletrodo de Carbono Vítreo Reticulado (CVR) como cátodo. As degradações foram realizadas em célula eletroquímica de um compartimento e em reator de fluxo do tipo filtro-prensa com dois compartimentos. A eficiência das degradações foi monitorada pelas técnicas de espectrofotometria no UV-VIS, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e análise do teor de Carbono Orgânico Total (COT). As variáveis estudadas foram densidade de corrente (10-100 mA cm-2 em célula e 4-41 mA cm-2 em reator), dopagem do eletrodo de DDB/Ti (5.000 e 15.000 ppm B/C), concentração inicial dos íons Fe2+ (0-0,10 mmol L-1) e dos corantes (10-250 mg L-1). As degradações dos corantes apresentaram uma cinética de pseudo ordem zero; exceto quando o corante RP-5 foi degradado pelo processo EF, sendo o melhor ajuste ao modelo de pseudo primeira ordem. Além disso, em iguais condições eletroquímicas o corante RP-5 foi degradado em menor tempo em relação ao RA-19; sendo que em todos os processos estudados os corantes foram totalmente removidos. Considerando a OA em célula com os eletrodos de DDB/Ti, a degradação foi positivamente influenciada pelo aumento da densidade de corrente e dopagem do eletrodo, especialmente em relação a cinética. Além disso, os corantes RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 35 e 50 min de eletrólise quando 100 mA cm-2 foi aplicada ao eletrodo de DDB/Ti dopado com 15.000 ppm relação B/C. Em 2 h, 37% em mineralização foi observado para ambos os corantes e a toxicidade do RA-19 diminuiu contra as bactérias Vibrio fischeri. Ainda nessa condição total mineralização foi alcançada após 8 h de degradação. A remoção de COT foi favorecida utilizando o reator contendo os eletrodos de DDB/Nb e CVR ao invés da célula eletroquímica, chegando a percentuais de 84 e 82% em 30 e 90 min para os corantes RA-19 e RP-5 que foram removidos em 7,5 e 5 min, respectivamente, quando a densidade de 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb durante a degradação via exclusivamente OA. Entre os processos realizados no reator, o EF foi o energeticamente mais favorável, promovendo remoção em COT de 60 e 74% para os corantes RA-19 e RP-5 com consumo energético de 204 e 208 kWh kg-1, além disso, a completa remoção dos corantes ocorreu em 15 e 7,5 min, respectivamente, quando o eletrólito continha íons Fe2+ na concentração de 0,10 mmol L-1 e aplicando-se -0,4 V vs Ag/AgCl ao eletrodo de CVR. Na degradação os corantes via CP o RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 30 e 15 min com mineralização de 72 e 82% em 90 min associada a consumos energéticos de 562 e 745 kWh kg-1, respectivamente, quando 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb. Por fim, concluiu-se que os resultados das degradações dos corantes foram promissores, já que rápida remoção dos corantes foi observada, além da parcial mineralização. Logo os processos propostos podem ser aplicados na remoção dos corantes em água; sendo necessários realizar mais estudos, principalmente em relação ao material eletródico e configuração do sistema eletroquímico visando a aplicação industrial. / The main problem involving the textile wastewater is theirs high coloration since they present dyes, which are chemically stable and can be toxic and/or carcinogenic. Therefore, when the textile wastewater are discarded in nature in the environment, even in low concentrations, they may cause not only aesthetic and environmental problems, but also can be harmful to human and animal health. In this context, the aim of the study was to evaluate the electrochemical degradation of two textile dyes, Reactive Blue 19 (RB-19) and Black 5 (RB-5) via Anodic Oxidation (AO) using as anodes Boron Doped Diamond electrodes (BDD) supported on titanium or niobium, via Electro-Fenton (EF) process and by combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO (CP) using a Reticulated Vitreous Carbon electrode (RVC) as cathode. The degradations assays were carried out in an electrochemical cell with one compartment and in a filter-press flow reactor with two compartments. The efficiency of degradation was monitored by UV-VIS spectrophotometry, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and analysis of Total Organic Carbon (TOC). The variables studied were current density (10-100 mA cm-2 for cell and 4-41 mA cm-2 for reactor), doping of the BDD/Ti electrodes (5,000 e 15,000 ppm B/C), initial concentration of the Fe2+ ions (0-0,10 mmol L-1) and dyes (10-250 mg L-1). The kinetic results showed that the removal of dyes followed the model of pseudo zero order; except when the RB-5 dye was degraded by EF process, which the best fitted was to pseudo first order model. Furthermore, for equal conditions the RB-5 was degraded in less time in comparison to the RB-19. In addition, the dyes were fully removed in all the processes studied. Regarding the AO in cell with BDD/Ti, the degradation was positively influenced by the increasing in current density and doping of the electrode, primarily the kinetics parameters. In addition, total removal of RB-19 and RB-5 was achieved in 35 and 50 min of electrolysis when 100 mA cm-2 was applied to the electrode doped with 15,000 ppm ratio B/C. In 2 h, 37% in mineralization was attained for both dyes and the toxicity effect of the RB-19 decreased against the bacteria Vibrio fischeri. In this condition, total TOC removed was also reached after 8 h. The TOC removal was enhanced using the reactor fitted with BDD/Nb and RVC instead of the electrochemical cell, achieving TOC removal of 84 and 82% in 30 and 90 min for RB-19 and RB-5 which were removed in 7.5 and 5 min, respectively, when 41 mA cm-2 was applied to the BDD/Nb in the degradation exclusively via AO. Among the processes carried out in the reactor, the EF was the energetically most favourable since TOC removal of 60 and 74% for RB-19 and RB-5 with energy consumption of 204 and 208 kWh kg-1 were noted. In addition, the RB-19 and RB-5 were completely removed in 15 and 7.5 min, respectively, when the electrolyte containing 0.10 mmol L-1 of Fe2+ ions and -0.4 V vs Ag/AgCl was applied to CVR electrode. The combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO for degradation of the dyes removed the RB-19 and RB-5 in 30 and 15 min with mineralization of 71.6 and 81.8% in 90 min associated to energy consumptions of 562 and 745 kWh kg-1 respectively, when 41 mA cm-2 was applied to BDD/Nb. Therefore, the degradation results of the dyes were promised since quickly removal of the dyes and partial mineralization were observed hence the proposed processes could be used to remove the dyes from water. However, more studies are needed to enable an industrial application, especially regarding the electrode material and configuration of the electrochemical system.