Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1
305253.pdf: 1723697 bytes, checksum: b846d79925e6405629696a710a993ba0 (MD5) / Cromo e seus compostos são utilizados em diversas indústrias. Como resultados dessas aplicações industriais, grandes quantidade de compostos de cromo são despejados para o meio ambiente, podendo causar efeitos ecológicos e biológicos adversos. Recentemente, os processos de biossorção mostraram ter um bom potencial para a remoção de metais, substituindo os métodos convencionais. Neste trabalho, a macroalga marinha Laminaria digitata, na forma protonada, foi utilizada como biossorvente no tratamento de águas contaminadas com cromo. A alga marrom L. digitata foi coletada na costa norte de Portugal. A biomassa seca foi cortada em pequenas partículas e, subsequentemente, protonada por imersão em HNO3 sob agitação constante durante 3 h ou 6 h. Este procedimento foi repetido duas vezes. A biomassa foi então, lavada várias vezes com água destilada até pH 4 e seca em estufa. Estudos cinéticos de biossorção de Cr (VI) foram realizados em reatores de vidro com capacidade de 1 L contendo 800 mL da solução de metal (10, 50 ou 300 mg L-1). As condições otimizadas foram a concentração de biomassa de 4 g L-1 e o pH de 2,5 em 20 ºC. O efeito da temperatura também foi avaliado. A cinética de redução de Cr (VI) em regime contínuo foi avaliada em diferentes vazões (1; 2,5; 5 e 10 mL min-1), com uma solução de alimentação de 10 mg L-1 de Cr (VI), utilizando uma coluna de leito fixo. O equilíbrio de biossorção de Cr (III) pela alga protonada foi estudado em diferentes pH (1 a 4) sob condições de temperatura constante (25 ºC e 40 ºC) usando um refrigerador termostático. Os experimentos foram realizados em duplicata com concentração inicial de Cr na faixa de 5 a 250 e 2 g L-1 de biomassa. O equilíbrio de biossorção do Cr (III) proveniente do processo de redução também foi avaliado com concentrações iniciais de 5 a 100 mg L-1 e 1 g L-1 de biomassa. Durante o contato com o adsorvente, observou-se uma redução do Cr (VI) a Cr (III) pela matéria orgânica do sólido e a completa remoção de Cr (VI) foi obtida em 48 h para um pH de 2,5. Foi verificado que a concentração da biomassa, temperatura e o pH são fatores que exercem bastante influência na redução do Cr (VI); para maiores valores de concentrações de biomassa e de temperatura, obteve-se maior taxa de remoção e, para menores valores de pH, maior foi a taxa de remoção obtida. A concentração inicial do Cr (VI), por outro lado, não apresentou influência na taxa de remoção para baixas concentrações, entretanto, foi verificada uma diminuição na cinética, devido a maior defasagem dos compostos orgânicos oxidados. Os resultados experimentais foram ajustados a uma cinética química de primeira ordem sendo o valor da constante cinética de 0,061 ± 0,002 h-1. A capacidade de redução de Cr (VI) obtida foi de 120 mg g-1 para pH 2,5. Foi observado que os sítios ativos envolvidos no processo de adsorção do Cr (VI) são, em parte, os mesmos envolvidos no processo de adsorção do Cr (III). A energia de ativação obtida para a remoção de Cr (VI) pela alga Laminaria d. foi de 42,9 kJ mol-1. Nos ensaios realizados em coluna a diferentes vazões de alimentação, foi obtido um efluente final com concentração nula de Cr (VI) e uma concentração de cromo total de 4,5 ± 0,3 mg L-1, para a vazão de 1 mL min-1. Foi verificada a capacidade da alga Laminaria na adsorção de Cr (III). Dados cinéticos foram satisfatoriamente descritos por uma cinética de pseudo-segunda ordem. Para uma concentração inicial de Cr (III) de 232 mg L-1, os parâmetros do modelo cinético de pseudo-segunda ordem são k2,ads= 0,01 g mg-1 h?1; qeq= 43,0 ± 0,9 mg g?1. A biossorção de Cr (III) foi fortemente dependente do pH do meio, sendo que a temperatura apresentou pouca influência. O aumento do pH gerou um aumento na capacidade de biossorção do Cr (III) na alga. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram selecionados para descrever as isotermas do Cr (III). O modelo de Langmuir ajustou melhor os resultados, segundo teste-F aplicado para um nível de confiança de 95%. Os parâmetros qL e kL do modelo de equilíbrio de Langmuir são 41 ± 1 mg g-1 e 0,31 ± 0,04 L mg-1, respectivamente. Análises de FTIR indicaram a participação de grupos carboxílicos e amida na interação com metal / Chromium and its related compounds are used in several industries. As result of these industrial applications, large quantities of chromium compounds are discharged into the environment and may cause adverse biological and ecological effects. Recently, biosorption processes showed to have a good potential for metals removal, replacing conventional methods. In this work, the seaweed Laminaria, in a protonated form, has been used as biosorbent for treatment of water contaminated with chromium. The brown seaweed L. digitata was collected from the north coast of Portugal. The dried biomass was then cut to small particles and subsequently protonated by soaking into HNO3 under constant shaking for 3 h or 6 h. This procedure was repeated twice. After that, the biomass was rinsed several times with distilled water until pH 4 and then it was dried in an oven. Biosorption kinetic studies of Cr (VI) were carried out in a batch system using a 1 L capacity glass vessel containing 800 mL of metal solution (10, 50 or 300 mg L-1). The optimized conditions were the biomass concentration of 4 g L-1 and pH 2.5 at 20 ºC. The effect of temperature was also evaluated. The kinetic studies of reduction of Cr (VI) were also evaluated in continuous flows using a fixed bed column at different flows (1; 2.5; 5 and 10 mL min-1) and initial solution of 10 mg L-1 of Cr (VI). Biosorption equilibrium of Cr (III) by protonated seaweed was studied at different pH (1 to 4) under constant temperature (25 °C and 40 °C) using a thermostatic refrigerator. The experiments were carried out in duplicate with initial concentration of chromium in the range of 5 to 250 mg L-1 and 2 g L-1 of biomass concentration. Biosorption equilibrium of Cr (III) was also studied with initial concentration of 5 to 100 mg L-1 and 1 g L-1 of biomass concentration. During the contact with the adsorbent, it was observed a reduction of Cr (VI) to Cr (III) by organic matter of the solid and the complete removal of Cr (VI) was obtained in 48 h at pH 2.5. It was found that the biomass concentration, temperature and pH are factors that show considerable influence on reduction of Cr (VI). Higher biomass concentrations and temperature increase the removal rate and lower pH values increase the removal rate. The initial concentration of Cr (VI), on the other hand, had no effect on removal rate at low concentrations, however a decrease was observed in the kinetics due to a larger quantity of oxidized organic compounds. The experimental results were fitted to a first-order chemical kinetics and the value of the kinetic constant was 0.061 ± 0.002 h-1. The capacity of algae to reduce Cr (VI) was 120 mg g-1 at pH 2.5. It was observed that the active sites involved in adsorption of Cr (VI) are, in part, the same involved in the process of adsorption of Cr (III). The activation energy obtained for removal of Cr (VI) by algae Laminaria d. was 42.9 kJ mol-1. Tests in a continuous flow were conducted at different flow rates and proved to be a final effluent with zero concentration of Cr (VI) and total chromium concentration of 4.5 ± 0.3 mg L-1, for flow rate of 1 mL min-1. It was verified the capacity of the algae Laminaria on the adsorption of Cr (III). Kinetic data were satisfactorily described by a kinetic of pseudo-second order. For an initial concentration of Cr (III) of 232 mg L-1 the parameters of the kinetic model of pseudo-second order are K2, ads= 0.01 mg g-1 h-1; qeq = 43 ± 0.9 mg g-1. The chromium adsorption was strongly dependent of the pH solution and less dependent of the temperature. And with increasing pH increases the adsorption capacity of Cr (III) in seaweed. The Langmuir and Freundlich models were selected to describe the isotherms of Cr (III). The Langmuir model fitted better the results, according of F-test applied to a confidence level of 95%. The parameters qL and kL of the Langmuir equilibrium model are 41 ± 1 mg g-1 and 0.31 ± 0.04 mg L-1, respectively. FTIR analysis indicated the participation of amide and carboxylic groups in the interaction with metal
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/103357 |
| Date | 16 July 2013 |
| Creators | Dittert, Ingrid Maria |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Souza, Antonio Augusto Ulson de, Souza, Selene Maria de Arruda Guelli Ulson de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 81 p.| il., tabs., grafs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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