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Avaliação da eficiência da eletrodiálise na remoção de cloretos

Macedo, Thais Helena January 2018 (has links)
A crescente demanda de água compromete rios, lagos e reservatórios. Tecnologias para tratamento de efluentes que permitam a reutilização da água vêm se tornando cada vez mais necessárias. Entre os contaminantes, o cloreto, por suas propriedades corrosivas, caracteriza um desafio para a utilização da água em diversas aplicações. Tratamentos físicoquímicos não removem o cloreto a níveis adequados, sendo assim, tecnologias alternativas, como a eletrodiálise, devem ser estudadas para garantir operação com alta eficiência e inserir estas alternativas mais significativamente no Brasil. A avaliação do transporte iônico está relacionada aos fenômenos que ocorrem na interface membrana-solução. Neste trabalho foi avaliada a eficiência de eletrodiálise na remoção de cloreto por uma membrana aniônica heterogênea comercial (HDX-200). Soluções de NaCl, NiCl2, CaCl2 e AlCl3 foram avaliadas, a fim de verificar o efeito dos co-íons no transporte de cloreto. Os diagramas de especiação química das soluções indicaram a necessidade de ajustes de pH anteriores ao tratamento e trouxeram informações sobre a ocorrência de complexos. Após a determinação da corrente limite para cada solução, estas foram tratadas e a eficiência do tratamento foi avaliada. A corrente limite foi mais elevada para a solução de NaCl, onde a extração percentual de cloreto foi maior que às demais soluções, indicando que o raio iônico hidratado do co-íon influencia no transporte do contra-íon cloreto. Verificou-se a ocorrência de duas correntes limites para a solução NiCl2, que podem estar associadas à uma fração de sal não dissociada e a variações de pH na interface membrana-solução. Para os sais de níquel e alumínio, uma baixa eficiência de corrente foi verificada e pode estar relacionada à ocorrência de precipitação. Parâmetros como o peso molecular e raio iônico hidratado do co-íon (cátion), além da força de Coulomb para cada sal, influenciaram no transporte de cloreto e dos co-íons. Avaliações anteriores ao tratamento por eletrodiálise, pelo diagrama de especiação química das soluções, e a determinação da corrente limite para cada solução, pode garantir melhor eficiência do processo de tratamento. / The increasing water demand jeopardizes rivers, lakes and reservoirs. Technologies for the treatment of effluents which allow water reuse have become more and more necessary. Among the contaminants there is the chloride, which due to its corrosive properties characterizes a challenge in water reuse in several applications. Physico-chemical treatments do not remove sufficiently the chloride; thus, alternative technologies, such as electrodialysis, must be studied in order to increase its efficiency and insert it more significantly in Brazil. The evaluation of ionic transport is related to the phenomena that occur on the membrane-solution interface. The efficiency of electrodialysis in the removal of chloride through a commercial heterogeneous anionic membrane (HDX-200) was evaluated in this study. NaCl, NiCl2, CaCl2 and AlCl3 solutions were assessed in order to verify the co-ions effects on chloride transport. The chemical speciation diagrams of the solutions indicated the need to adjust pH previously to treatment and provided information about the occurrence of complexes. After determining the limiting current for each solution, these were treated, and treatment efficiency was evaluated. The NaCl solution presented the highest limiting current, in which the percentual extraction of chloride was higher than to the other solutions indicating that the hydrated ionic radius of the co-ion influences the transport of the counterion chloride. The occurrence of two limiting currents for the NiCl2 solution was verified, which can be related to a non-dissociated fraction of salt and pH variations on the membrane-solution interface. A low efficiency of current was verified for nickel and aluminum salts, and it may be associated to precipitation occurrence. Molecular weight and the hydrated ionic radius of the co-ions (cations) besides the Coulomb force for each salt influenced chloride and co-ions transport. Previous evaluation of electrodialysis treatment, with diagrams of chemical speciation of the solutions and determination of limiting current for each solution may ensure the best efficiency in the treatment process.
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Avaliação da eficiência da eletrodiálise na remoção de cloretos

Macedo, Thais Helena January 2018 (has links)
A crescente demanda de água compromete rios, lagos e reservatórios. Tecnologias para tratamento de efluentes que permitam a reutilização da água vêm se tornando cada vez mais necessárias. Entre os contaminantes, o cloreto, por suas propriedades corrosivas, caracteriza um desafio para a utilização da água em diversas aplicações. Tratamentos físicoquímicos não removem o cloreto a níveis adequados, sendo assim, tecnologias alternativas, como a eletrodiálise, devem ser estudadas para garantir operação com alta eficiência e inserir estas alternativas mais significativamente no Brasil. A avaliação do transporte iônico está relacionada aos fenômenos que ocorrem na interface membrana-solução. Neste trabalho foi avaliada a eficiência de eletrodiálise na remoção de cloreto por uma membrana aniônica heterogênea comercial (HDX-200). Soluções de NaCl, NiCl2, CaCl2 e AlCl3 foram avaliadas, a fim de verificar o efeito dos co-íons no transporte de cloreto. Os diagramas de especiação química das soluções indicaram a necessidade de ajustes de pH anteriores ao tratamento e trouxeram informações sobre a ocorrência de complexos. Após a determinação da corrente limite para cada solução, estas foram tratadas e a eficiência do tratamento foi avaliada. A corrente limite foi mais elevada para a solução de NaCl, onde a extração percentual de cloreto foi maior que às demais soluções, indicando que o raio iônico hidratado do co-íon influencia no transporte do contra-íon cloreto. Verificou-se a ocorrência de duas correntes limites para a solução NiCl2, que podem estar associadas à uma fração de sal não dissociada e a variações de pH na interface membrana-solução. Para os sais de níquel e alumínio, uma baixa eficiência de corrente foi verificada e pode estar relacionada à ocorrência de precipitação. Parâmetros como o peso molecular e raio iônico hidratado do co-íon (cátion), além da força de Coulomb para cada sal, influenciaram no transporte de cloreto e dos co-íons. Avaliações anteriores ao tratamento por eletrodiálise, pelo diagrama de especiação química das soluções, e a determinação da corrente limite para cada solução, pode garantir melhor eficiência do processo de tratamento. / The increasing water demand jeopardizes rivers, lakes and reservoirs. Technologies for the treatment of effluents which allow water reuse have become more and more necessary. Among the contaminants there is the chloride, which due to its corrosive properties characterizes a challenge in water reuse in several applications. Physico-chemical treatments do not remove sufficiently the chloride; thus, alternative technologies, such as electrodialysis, must be studied in order to increase its efficiency and insert it more significantly in Brazil. The evaluation of ionic transport is related to the phenomena that occur on the membrane-solution interface. The efficiency of electrodialysis in the removal of chloride through a commercial heterogeneous anionic membrane (HDX-200) was evaluated in this study. NaCl, NiCl2, CaCl2 and AlCl3 solutions were assessed in order to verify the co-ions effects on chloride transport. The chemical speciation diagrams of the solutions indicated the need to adjust pH previously to treatment and provided information about the occurrence of complexes. After determining the limiting current for each solution, these were treated, and treatment efficiency was evaluated. The NaCl solution presented the highest limiting current, in which the percentual extraction of chloride was higher than to the other solutions indicating that the hydrated ionic radius of the co-ion influences the transport of the counterion chloride. The occurrence of two limiting currents for the NiCl2 solution was verified, which can be related to a non-dissociated fraction of salt and pH variations on the membrane-solution interface. A low efficiency of current was verified for nickel and aluminum salts, and it may be associated to precipitation occurrence. Molecular weight and the hydrated ionic radius of the co-ions (cations) besides the Coulomb force for each salt influenced chloride and co-ions transport. Previous evaluation of electrodialysis treatment, with diagrams of chemical speciation of the solutions and determination of limiting current for each solution may ensure the best efficiency in the treatment process.
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Avaliação da eficiência da eletrodiálise na remoção de cloretos

Macedo, Thais Helena January 2018 (has links)
A crescente demanda de água compromete rios, lagos e reservatórios. Tecnologias para tratamento de efluentes que permitam a reutilização da água vêm se tornando cada vez mais necessárias. Entre os contaminantes, o cloreto, por suas propriedades corrosivas, caracteriza um desafio para a utilização da água em diversas aplicações. Tratamentos físicoquímicos não removem o cloreto a níveis adequados, sendo assim, tecnologias alternativas, como a eletrodiálise, devem ser estudadas para garantir operação com alta eficiência e inserir estas alternativas mais significativamente no Brasil. A avaliação do transporte iônico está relacionada aos fenômenos que ocorrem na interface membrana-solução. Neste trabalho foi avaliada a eficiência de eletrodiálise na remoção de cloreto por uma membrana aniônica heterogênea comercial (HDX-200). Soluções de NaCl, NiCl2, CaCl2 e AlCl3 foram avaliadas, a fim de verificar o efeito dos co-íons no transporte de cloreto. Os diagramas de especiação química das soluções indicaram a necessidade de ajustes de pH anteriores ao tratamento e trouxeram informações sobre a ocorrência de complexos. Após a determinação da corrente limite para cada solução, estas foram tratadas e a eficiência do tratamento foi avaliada. A corrente limite foi mais elevada para a solução de NaCl, onde a extração percentual de cloreto foi maior que às demais soluções, indicando que o raio iônico hidratado do co-íon influencia no transporte do contra-íon cloreto. Verificou-se a ocorrência de duas correntes limites para a solução NiCl2, que podem estar associadas à uma fração de sal não dissociada e a variações de pH na interface membrana-solução. Para os sais de níquel e alumínio, uma baixa eficiência de corrente foi verificada e pode estar relacionada à ocorrência de precipitação. Parâmetros como o peso molecular e raio iônico hidratado do co-íon (cátion), além da força de Coulomb para cada sal, influenciaram no transporte de cloreto e dos co-íons. Avaliações anteriores ao tratamento por eletrodiálise, pelo diagrama de especiação química das soluções, e a determinação da corrente limite para cada solução, pode garantir melhor eficiência do processo de tratamento. / The increasing water demand jeopardizes rivers, lakes and reservoirs. Technologies for the treatment of effluents which allow water reuse have become more and more necessary. Among the contaminants there is the chloride, which due to its corrosive properties characterizes a challenge in water reuse in several applications. Physico-chemical treatments do not remove sufficiently the chloride; thus, alternative technologies, such as electrodialysis, must be studied in order to increase its efficiency and insert it more significantly in Brazil. The evaluation of ionic transport is related to the phenomena that occur on the membrane-solution interface. The efficiency of electrodialysis in the removal of chloride through a commercial heterogeneous anionic membrane (HDX-200) was evaluated in this study. NaCl, NiCl2, CaCl2 and AlCl3 solutions were assessed in order to verify the co-ions effects on chloride transport. The chemical speciation diagrams of the solutions indicated the need to adjust pH previously to treatment and provided information about the occurrence of complexes. After determining the limiting current for each solution, these were treated, and treatment efficiency was evaluated. The NaCl solution presented the highest limiting current, in which the percentual extraction of chloride was higher than to the other solutions indicating that the hydrated ionic radius of the co-ion influences the transport of the counterion chloride. The occurrence of two limiting currents for the NiCl2 solution was verified, which can be related to a non-dissociated fraction of salt and pH variations on the membrane-solution interface. A low efficiency of current was verified for nickel and aluminum salts, and it may be associated to precipitation occurrence. Molecular weight and the hydrated ionic radius of the co-ions (cations) besides the Coulomb force for each salt influenced chloride and co-ions transport. Previous evaluation of electrodialysis treatment, with diagrams of chemical speciation of the solutions and determination of limiting current for each solution may ensure the best efficiency in the treatment process.
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Preparation and characterization of microwave–assisted activated carbons from biomass and application for the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media

Thue, Pascal Silas January 2017 (has links)
Nesta tese, carvões ativos (AC) oriundos de biomassa lignocelulósica foram preparados por pirólise assistida por microondas, caracterizados e aplicados na remoção de contaminantes orgânicos emergentes (EOCs) em meio aquoso. Foram estudadas as três etapas da preparação dos carvões ativos utilizando metais de transição como agentes de ativação. As misturas obtidas após a etapa de preparação foram pirolisadas num sistema de microondas em menos de 11 min. Em seguida, utilizou-se uma solução de HCl 6 mol L-1 para tratar os materiais pirolisados, sob refluxo, lixiviando os componentes inorgânicos e produzindo os carvões ativos. Esta tecnologia permitiu a produção de carvões ativos com alta porosidade. Análise elementar, FTIR, DR-UV, microscopia eletrônica de varredura, adsorção-dessorção de nitrogênio, TGA, DRX, FRX, pHpzc, propriedades hidrofóbicas e acidez e basicidade totais foram utilizados para a caracterização da biomassa, do material pirolisado e dos carvões ativos. Os resultados indicaram que os metais foram ligados em diferentes quantidades na superfície da biomassa através de interação iônica e interação de complexação superficial, durante a etapa de impregnação. Os carvões ativos (MWAC) obtidos a partir da impregnação com Zn2+ apresentaram maior volume de poros e maior área superficial específica. Esses dados foram relacionados com a capacidade de adsorção. Amostras preparadas com as misturas de biomassa : componentes inorgânicos em diferentes proporções (20% de cal+ 80% de ZnCl2 ou 20% de cal+ 40% de ZnCl2 + 40% de FeCl3) foram utilizadas para o estudo completo de adsorção de fenol (PhOH) e o-cresol. Os resultados indicaram que a cinética de adsorção para ambas as moléculas foi rápida e o tempo de contato em equilíbrio foi alcançado nos primeiros 10 minutos. Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de ordem fracionária de Avrami foram utilizados para investigar a cinética de adsorção. Destes três modelos, o de ordem fracionária de Avrami descreveu melhor a cinética de adsorção de PhOH e o-cresol na superficie dos cavões ativos. As principais interações de PhOH ou o-cresol com os materias devem ser regida por interações hidrófóbicas, ligações de hidrogênio, interações polares e interação doadores e aceitadores de elétrons. Os estudos de dessorção mostraram que os carvões ativos podem ser regenerados facilmente utilizando-se uma mistura de EtOH (10 ou 50%) + NaOH (5 M). Além disso, o MWAC preparado com CuCl2, CoCl2 e NiCl2 também apresentou alta capacidade de adsorção. As capacidades de adsorção (qe) das moléculas seguiram esta ordem: 2-nitrofenol > bisfenol A > hidroquinona > 4-nitrofenol > 2-naftol > paracetamol > cafeína > resorcinol. Todavia, ZnCl2 parece ser o melhor agente ativador, permitindo o desenvolvimento de materiais de alta porosidade, bem como boas propriedades de adsorção, e essa tendência é seguida posteriormente por CuCl2, CoCl2 e NiCl2. / In this thesis activated carbons from lignocellulosic biomass were prepared via microwave– assisted pyrolysis, characterized and applied into the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media. A scientific understanding of the three-step preparation of activated carbons (AC) using first-row transition metals as activating agents by microwaves heating is also provided. The mixtures obtained after preparation step were pyrolysed in a microwave system in less than 11 min. Afterwards a 6 mol L-1 HCl was used to treat the pyrolysed materials, under reflux, to eliminate the inorganic components—producing activated carbons. This technology allows producing activated carbons with high porosity. Elemental analysis, FTIR, UV-Vis DRS, SEM, N2 adsorption/desorption curves, TGA, XRD Xray fluorescence, pHzpc, hydrophobic properties, total acidity and basicity groups were used to characterise biomass, intermediary materials and activated carbons. Results showed that the metals were bound successfully in different amounts with surface functional groups of the wood biomass through ion exchange and surface complexation interaction during the impregnation step. However, MWAC prepared with Zn2+ showed higher pore volumes and surface areas, which was related to their high adsorption capacity (qe). The samples prepared with the mixtures biomass: inorganic components (20% lime + 80% ZnCl2 or 20% lime + 40% ZnCl2 + 40% FeCl3) at different ratios were used for the complete adsorption study of phenol (PhOH) and o-cresol from aqueous solution. Results indicated that adsorption kinetic was very fast and equilibrium contact time was attained in the first 10 min for both molecules. Pseudo first-order, pseudo-second order and Avrami fractional-order kinetic models were used to probe the kinetic of adsorption. Among the three models; Avrami fractional-order kinetic model best described the adsorption kinetics of PhOH and o-cresol onto the activated carbons. The main interaction of PhOH or o-cresol with the activated carbons should be governed by hydrophobic interactions, hydrogen bonds, polar interactions and electron donor-acceptor interaction. While desorption experiment showed that activated carbons can be regenerated easily using a mixture of EtOH (10 or 50%) + NaOH (5 M). Additionally, MWAC prepared with CuCl2, CoCl2 and NiCl2 also exhibited high adsorption capacity. The adsorption order of the molecules is as shown: 2-nitro phenol > Bisphenol A > hydroquinone > 4-nitro phenol > 2-naphtol > paracetamol > caffeine > resorcinol. However, ZnCl2 demonstrate to be the best activating agent, which allows for the development of materials of high porosity as well as good adsorptive properties, and this trend is followed subsequently by CuCl2, CoCl2, and NiCl2.
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Preparation and characterization of microwave–assisted activated carbons from biomass and application for the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media

Thue, Pascal Silas January 2017 (has links)
Nesta tese, carvões ativos (AC) oriundos de biomassa lignocelulósica foram preparados por pirólise assistida por microondas, caracterizados e aplicados na remoção de contaminantes orgânicos emergentes (EOCs) em meio aquoso. Foram estudadas as três etapas da preparação dos carvões ativos utilizando metais de transição como agentes de ativação. As misturas obtidas após a etapa de preparação foram pirolisadas num sistema de microondas em menos de 11 min. Em seguida, utilizou-se uma solução de HCl 6 mol L-1 para tratar os materiais pirolisados, sob refluxo, lixiviando os componentes inorgânicos e produzindo os carvões ativos. Esta tecnologia permitiu a produção de carvões ativos com alta porosidade. Análise elementar, FTIR, DR-UV, microscopia eletrônica de varredura, adsorção-dessorção de nitrogênio, TGA, DRX, FRX, pHpzc, propriedades hidrofóbicas e acidez e basicidade totais foram utilizados para a caracterização da biomassa, do material pirolisado e dos carvões ativos. Os resultados indicaram que os metais foram ligados em diferentes quantidades na superfície da biomassa através de interação iônica e interação de complexação superficial, durante a etapa de impregnação. Os carvões ativos (MWAC) obtidos a partir da impregnação com Zn2+ apresentaram maior volume de poros e maior área superficial específica. Esses dados foram relacionados com a capacidade de adsorção. Amostras preparadas com as misturas de biomassa : componentes inorgânicos em diferentes proporções (20% de cal+ 80% de ZnCl2 ou 20% de cal+ 40% de ZnCl2 + 40% de FeCl3) foram utilizadas para o estudo completo de adsorção de fenol (PhOH) e o-cresol. Os resultados indicaram que a cinética de adsorção para ambas as moléculas foi rápida e o tempo de contato em equilíbrio foi alcançado nos primeiros 10 minutos. Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de ordem fracionária de Avrami foram utilizados para investigar a cinética de adsorção. Destes três modelos, o de ordem fracionária de Avrami descreveu melhor a cinética de adsorção de PhOH e o-cresol na superficie dos cavões ativos. As principais interações de PhOH ou o-cresol com os materias devem ser regida por interações hidrófóbicas, ligações de hidrogênio, interações polares e interação doadores e aceitadores de elétrons. Os estudos de dessorção mostraram que os carvões ativos podem ser regenerados facilmente utilizando-se uma mistura de EtOH (10 ou 50%) + NaOH (5 M). Além disso, o MWAC preparado com CuCl2, CoCl2 e NiCl2 também apresentou alta capacidade de adsorção. As capacidades de adsorção (qe) das moléculas seguiram esta ordem: 2-nitrofenol > bisfenol A > hidroquinona > 4-nitrofenol > 2-naftol > paracetamol > cafeína > resorcinol. Todavia, ZnCl2 parece ser o melhor agente ativador, permitindo o desenvolvimento de materiais de alta porosidade, bem como boas propriedades de adsorção, e essa tendência é seguida posteriormente por CuCl2, CoCl2 e NiCl2. / In this thesis activated carbons from lignocellulosic biomass were prepared via microwave– assisted pyrolysis, characterized and applied into the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media. A scientific understanding of the three-step preparation of activated carbons (AC) using first-row transition metals as activating agents by microwaves heating is also provided. The mixtures obtained after preparation step were pyrolysed in a microwave system in less than 11 min. Afterwards a 6 mol L-1 HCl was used to treat the pyrolysed materials, under reflux, to eliminate the inorganic components—producing activated carbons. This technology allows producing activated carbons with high porosity. Elemental analysis, FTIR, UV-Vis DRS, SEM, N2 adsorption/desorption curves, TGA, XRD Xray fluorescence, pHzpc, hydrophobic properties, total acidity and basicity groups were used to characterise biomass, intermediary materials and activated carbons. Results showed that the metals were bound successfully in different amounts with surface functional groups of the wood biomass through ion exchange and surface complexation interaction during the impregnation step. However, MWAC prepared with Zn2+ showed higher pore volumes and surface areas, which was related to their high adsorption capacity (qe). The samples prepared with the mixtures biomass: inorganic components (20% lime + 80% ZnCl2 or 20% lime + 40% ZnCl2 + 40% FeCl3) at different ratios were used for the complete adsorption study of phenol (PhOH) and o-cresol from aqueous solution. Results indicated that adsorption kinetic was very fast and equilibrium contact time was attained in the first 10 min for both molecules. Pseudo first-order, pseudo-second order and Avrami fractional-order kinetic models were used to probe the kinetic of adsorption. Among the three models; Avrami fractional-order kinetic model best described the adsorption kinetics of PhOH and o-cresol onto the activated carbons. The main interaction of PhOH or o-cresol with the activated carbons should be governed by hydrophobic interactions, hydrogen bonds, polar interactions and electron donor-acceptor interaction. While desorption experiment showed that activated carbons can be regenerated easily using a mixture of EtOH (10 or 50%) + NaOH (5 M). Additionally, MWAC prepared with CuCl2, CoCl2 and NiCl2 also exhibited high adsorption capacity. The adsorption order of the molecules is as shown: 2-nitro phenol > Bisphenol A > hydroquinone > 4-nitro phenol > 2-naphtol > paracetamol > caffeine > resorcinol. However, ZnCl2 demonstrate to be the best activating agent, which allows for the development of materials of high porosity as well as good adsorptive properties, and this trend is followed subsequently by CuCl2, CoCl2, and NiCl2.
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Preparation and characterization of microwave–assisted activated carbons from biomass and application for the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media

Thue, Pascal Silas January 2017 (has links)
Nesta tese, carvões ativos (AC) oriundos de biomassa lignocelulósica foram preparados por pirólise assistida por microondas, caracterizados e aplicados na remoção de contaminantes orgânicos emergentes (EOCs) em meio aquoso. Foram estudadas as três etapas da preparação dos carvões ativos utilizando metais de transição como agentes de ativação. As misturas obtidas após a etapa de preparação foram pirolisadas num sistema de microondas em menos de 11 min. Em seguida, utilizou-se uma solução de HCl 6 mol L-1 para tratar os materiais pirolisados, sob refluxo, lixiviando os componentes inorgânicos e produzindo os carvões ativos. Esta tecnologia permitiu a produção de carvões ativos com alta porosidade. Análise elementar, FTIR, DR-UV, microscopia eletrônica de varredura, adsorção-dessorção de nitrogênio, TGA, DRX, FRX, pHpzc, propriedades hidrofóbicas e acidez e basicidade totais foram utilizados para a caracterização da biomassa, do material pirolisado e dos carvões ativos. Os resultados indicaram que os metais foram ligados em diferentes quantidades na superfície da biomassa através de interação iônica e interação de complexação superficial, durante a etapa de impregnação. Os carvões ativos (MWAC) obtidos a partir da impregnação com Zn2+ apresentaram maior volume de poros e maior área superficial específica. Esses dados foram relacionados com a capacidade de adsorção. Amostras preparadas com as misturas de biomassa : componentes inorgânicos em diferentes proporções (20% de cal+ 80% de ZnCl2 ou 20% de cal+ 40% de ZnCl2 + 40% de FeCl3) foram utilizadas para o estudo completo de adsorção de fenol (PhOH) e o-cresol. Os resultados indicaram que a cinética de adsorção para ambas as moléculas foi rápida e o tempo de contato em equilíbrio foi alcançado nos primeiros 10 minutos. Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de ordem fracionária de Avrami foram utilizados para investigar a cinética de adsorção. Destes três modelos, o de ordem fracionária de Avrami descreveu melhor a cinética de adsorção de PhOH e o-cresol na superficie dos cavões ativos. As principais interações de PhOH ou o-cresol com os materias devem ser regida por interações hidrófóbicas, ligações de hidrogênio, interações polares e interação doadores e aceitadores de elétrons. Os estudos de dessorção mostraram que os carvões ativos podem ser regenerados facilmente utilizando-se uma mistura de EtOH (10 ou 50%) + NaOH (5 M). Além disso, o MWAC preparado com CuCl2, CoCl2 e NiCl2 também apresentou alta capacidade de adsorção. As capacidades de adsorção (qe) das moléculas seguiram esta ordem: 2-nitrofenol > bisfenol A > hidroquinona > 4-nitrofenol > 2-naftol > paracetamol > cafeína > resorcinol. Todavia, ZnCl2 parece ser o melhor agente ativador, permitindo o desenvolvimento de materiais de alta porosidade, bem como boas propriedades de adsorção, e essa tendência é seguida posteriormente por CuCl2, CoCl2 e NiCl2. / In this thesis activated carbons from lignocellulosic biomass were prepared via microwave– assisted pyrolysis, characterized and applied into the removal of Emerging Organic Contaminants (EOCs) in aqueous media. A scientific understanding of the three-step preparation of activated carbons (AC) using first-row transition metals as activating agents by microwaves heating is also provided. The mixtures obtained after preparation step were pyrolysed in a microwave system in less than 11 min. Afterwards a 6 mol L-1 HCl was used to treat the pyrolysed materials, under reflux, to eliminate the inorganic components—producing activated carbons. This technology allows producing activated carbons with high porosity. Elemental analysis, FTIR, UV-Vis DRS, SEM, N2 adsorption/desorption curves, TGA, XRD Xray fluorescence, pHzpc, hydrophobic properties, total acidity and basicity groups were used to characterise biomass, intermediary materials and activated carbons. Results showed that the metals were bound successfully in different amounts with surface functional groups of the wood biomass through ion exchange and surface complexation interaction during the impregnation step. However, MWAC prepared with Zn2+ showed higher pore volumes and surface areas, which was related to their high adsorption capacity (qe). The samples prepared with the mixtures biomass: inorganic components (20% lime + 80% ZnCl2 or 20% lime + 40% ZnCl2 + 40% FeCl3) at different ratios were used for the complete adsorption study of phenol (PhOH) and o-cresol from aqueous solution. Results indicated that adsorption kinetic was very fast and equilibrium contact time was attained in the first 10 min for both molecules. Pseudo first-order, pseudo-second order and Avrami fractional-order kinetic models were used to probe the kinetic of adsorption. Among the three models; Avrami fractional-order kinetic model best described the adsorption kinetics of PhOH and o-cresol onto the activated carbons. The main interaction of PhOH or o-cresol with the activated carbons should be governed by hydrophobic interactions, hydrogen bonds, polar interactions and electron donor-acceptor interaction. While desorption experiment showed that activated carbons can be regenerated easily using a mixture of EtOH (10 or 50%) + NaOH (5 M). Additionally, MWAC prepared with CuCl2, CoCl2 and NiCl2 also exhibited high adsorption capacity. The adsorption order of the molecules is as shown: 2-nitro phenol > Bisphenol A > hydroquinone > 4-nitro phenol > 2-naphtol > paracetamol > caffeine > resorcinol. However, ZnCl2 demonstrate to be the best activating agent, which allows for the development of materials of high porosity as well as good adsorptive properties, and this trend is followed subsequently by CuCl2, CoCl2, and NiCl2.
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PREPARAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO A PARTIR DE CASCA DE AMENDOIM PARA USO COMO ADSORVENTE NA REMOÇÃO DE POLUENTES ORGÂNICOS EM SOLUÇÕES AQUOSAS

Georgin, Jordana 03 March 2016 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The contamination of water bodies by dye containing effluents is harmful for the environment and human health. In this way, several techniques have been used to remove dyes from colored effluents. Adsorption stands out, due its low-cost, low energy requirements, use of low-cost adsorbents, ease of implementation and operation and high efficiency. In this work, peanut shells were used as adsorbents and as precursors to obtain activated carbon. These materials were characterized and used to remove DB38 (Direct Black 38) and RR141 (Reactive Red 141) dyes from aqueous media. It was found that the best adsorbents to remove both dyes were in the following order: microwave/pyrolyzed activated carbon from peanut shells>pyrolyzed activated carbon from peanut shells>peanut shells. This result demonstrated that the microwave irradiation followed by pyrolysis is an alternative way to produce a material with good adsorbent characteristics. The adsorption was favored at pH of 2.5. For both dyes, the kinetic was successfully represented by the pseudo second order model and the equilibrium, represented by the Langmuir model. Desorption and reuse was possible maintaining the same adsorption capacity. In brief, these results revealed that peanut shells are a good precursor to obtain a suitable adsorbent material able to remove dyes from aqueous media. / A atividade industrial tem contribuído muito para um aumento significativo nas concentrações de corantes em águas, representando uma importante fonte de contaminação dos corpos aquáticos, principalmente quando consideramos que tais íons podem ser disseminados via cadeia alimentar. Devido a estas implicações ambientais, novos processos de remoção e/ou degradação destes compostos em efluentes têxteis têm sido testados, dentre eles a adsorção. O processo de adsorção é uma alternativa potencialmente versátil, acessível e econômica para o tratamento de diversos tipos de efluentes, inclusive os das indústrias têxteis. Objetivou-se neste trabalho desenvolver materiais adsorventes a partir de resíduos agroindustriais para a remoção de poluentes em meio aquoso. Neste estudo foram utilizadas cascas de amendoim como adsorvente e como precursor para a obtenção de carvões, para remoção de poluentes hídricos utilizando soluções de corantes DB38 (Direct Black 38) e RR141(Reactive Red 141) como sistema modelo de contaminante. A partir do estudo adsortivo, verificou-se que o material submetido à irradiação de microondas seguido de pirólise (MW-P), obteve maior capacidade de adsorção de ambos os corantes, principalmente a um pH ácido de 2,5, do que o submetido à pirólise convencional (P). A adsorção dos corantes DB38 e RR141 pela amostra MW-P pode ser representado pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem e o modelo de isoterma de Sips. O adsorvente é possível ser reutilizado mantendo a mesma capacidade de adsorção. Com isso, pode-se concluir que a casa de amendoim pode originar um bom material adsortivo na remoção de corantes a partir de soluções aquosas.
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Ocorrência e remoção de contaminantes emergentes por tratamentos convencionais de água e esgoto / Occurrence and removal of emerging contaminants by conventional water and wastewater treatments

Pescara, Igor Cardoso, 1983- 26 August 2018 (has links)
Orientador: Wilson de Figueiredo Jardim / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pescara_IgorCardoso_D.pdf: 5286232 bytes, checksum: 74793adc4ea590e2eb8fdeb51a796399 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência dos tratamentos empregados em cinco estações de tratamento de esgoto (ETE) e duas estações de tratamento de água (ETA) na remoção dos hormônios endógenos estrona (E1), 17?-estradiol (E2), estriol (E3), testosterona (TTN) e progesterona (PROG), hormônios sintéticos 17a-etinilestradiol (EE2), dietilestilbestrol (DES), norgestrel (NGT) e mestranol (MEE), produtos de uso industrial bisfenol A (BPA), fenolftaleína (PhPh), n-nonilfenol (nNP), n-octilfenol (nOP) e triclosan (TCS), o fármaco cafeína (CAF) e o pesticida atrazina (ATZ). Foi possível quantificar BPA, E1, E3, CAF e ATZ em esgoto bruto e BPA, E1, CAF e ATZ em água bruta. Para cada composto, tanto os tratamentos realizados pelas ETE quanto os realizados pelas ETA apresentaram eficiências de remoção variáveis. A cafeína foi o composto-alvo mais frequentemente encontrado nas amostras, sendo escolhida como indicador químico para avaliar a eficiência dos tratamentos. Foi encontrada uma taxa média de 99% para a remoção de CAF pelas ETE, sendo as etapas com tratamentos biológicos as mais eficientes. Os tratamentos anaeróbios apresentaram remoções médias superiores a 80% na remoção de CAF, e os tratamentos aeróbios foram capazes de remover cerca de 20% da carga do composto. Nas ETE, os tratamentos de coagulação e desinfecção foram pouco eficientes nas remoções dos compostos-alvo. Já para as ETA, foram observadas remoções de até 80% de CAF pelos tratamentos empregados, sendo a etapa de coagulação a responsável pela maior remoção de CAF da água bruta. A etapa de filtração em carvão ativado apresentou eficiências de remoção menores que 10%, enquanto a desinfecção demonstrou baixa eficiência na remoção de CAF. Na cidade de São José do Rio Preto ¿ SP foi possível quantificar, ao menos uma vez, BPA, E1, E3, PhPh, CAF, TCS e ATZ em água superficial, BPA, TCS e CAF em água subterrânea e BPA, CAF e ATZ em água de abastecimento. / Abstract: Water and wastewater conventional treatments are often considered inefficient to remove micropollutants. The aim of this work was to evaluate the removal efficiency of the endogenous hormones estrone (E1), 17? estradiol (E2), estriol (E3), testosterone (TTN), and progesterone (PROG), the synthetic hormones 17a-ethinylestradiol (EE2), diethylstilbestrol (DES), norgestrel (NGT), and mestranol (MEE), the industrial chemicals bisphenol A (BPA), phenolphthalein (PhPh), n nonylphenol (nNP), n octylphenol (nOP), and triclosan (TCS), the pharmaceutical caffeine (CAF), and the pesticide atrazine (ATZ) by five wastewater treatment plants (WWTP) and two drinking water treatment plants (DWTP). The target compounds BPA, E1, E3, CAF, and ATZ were found in raw sewage, while BPA, E1, CAF, and ATZ in raw water. Both WWTP and DWTP treatments presented variable removal efficiency. Caffeine was the target compound more often detected in samples, thus it was chosen as a chemical indicator to evaluate treatment efficiencies. The average removal of CAF by WWTP was 99%, in which the biological treatment was more efficient. The anaerobic treatment presented an average removal of CAF above 80%, and around 20% for the aerobic treatments. Coagulation and disinfection treatments of WWTP showed low efficiency to remove the target compounds. DWTP treatment efficiency reached up to 80% removal, with coagulation step presenting highest removals of CAF. The activated carbon filtration showed removal efficiency under 10%, whereas the disinfection step presented low efficiency to remove CAF. At São José do Rio Preto city were found, at least once, BPA, E1, E3, PhPh, CAF, TCS, and ATZ in surface water; BPA, TCS, and CAF in groundwater, and BPA, CAF, and ATZ in drinking water / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

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