Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Water hyacinth (Eichhornia crassipes) is an invasive aquatic weed whose main
characteristic is its high growth rate. The methods applied to control this plant
have high cost and waste generation. Using the water hyacinth as an adsorbent
for remediation of metals is a viable and eco-friendly application. In this work, a
magnetic hybrid adsorbent matrix (AGMG) was synthesized utilizing water
hyacinth (Eichhornia crassipes) biomass to compose an organic phase, and its
adsorption efficiency was compared to the adsorption efficiency of in natura
(AGIN) water hyacinth and its biochar (BIO) in the remediation of metals in
water. The adsorbents were characterized by infrared spectroscopy, confirming
the presence of hydroxyl groups and carboxylates, with bands that are typical of
cellulose, hemicellulose and lignin, structures found in AGIN and BIO. The
AGMG spectrum presented the bands previously described and new bands in
the region of 513 cm-1, characteristic of the Fe-O bond of CoFeO4, confirming
the formation of a magnetic hybrid. The essays on the influence of pH on the
remediation of copper, zinc, nickel and cobalt presented higher percentages of
removal in the range of pH 4-5 for all adsorbents, and the following crescent
order of removal efficiency AGIN<AGMG<BIO for all metals. The kinetic studies
showed fast kinetics for the three adsorbents and the metals under study with a
removal rate of more than 50% in the first 5 minutes. The kinetic data were
adjusted to the pseudo-second order model, with correlation coefficients higher
than 0,99 for the three materials. The AGMG was prominent among the other
adsorbents because its adsorption capacity is high and its separation from the
aqueous medium is more feasible. The isotherm data for the AGMG were
adjusted to the Langmuir model, showing a good linear correlation in the
concentration range studied (5-250 mg g-1), with correlation coefficient r2
between 0,9973-0,9999. The values of the calculated maximum capacity of
AGMG (qmax) were 18,3 mg g-1 Cu (II), 10,1 mg g-1 Zn (II) and 7,33 mg-1 Ni (II).
The percentage of removal in the different mixed solutions by the adsorbent
AGMG followed this order of selectivity, Cu>Zn>Ni, copper as a highlight, >
84% removal in all evaluated mixed solutions. The AGMG was reused in four
cycles of adsorption in mixed solution, without using a desorption process, and
the efficiency varied according to the metal. The adsorption of copper remained
high in all cycles, with 77% removal in the first cycle and 72% in the fourth
cycle. For zinc and nickel, the removal decreased with each cycle, and in the
third cycle there was no more nickel removal. The saturated with metals AGMG
residues (AGMG-sat) showed high catalytic activities in the reduction of 4-
nitrophenol to 4-aminophenol. The residues were reused in ten reduction cycles
and the conversion rate in the cycles ranged from 88,9 to 100%, with short
periods of time (21-26 s). / Aguapé (Eichhornia crassipes) é uma planta daninha aquática invasora cuja
principal característica é sua alta taxa de crescimento. Os métodos aplicados
para o controle dessas plantas possuem alto custo e geração de resíduos.
Uma aplicação viável e eco-amigável é utilizá-la como adsorvente para a
remediação de metais. Neste trabalho foi efetuada a síntese de uma matriz
adsorvente híbrida magnética (AGMG) utilizando a biomassa aguapé
(Eichhornia crassipes), para compor a fase orgânica, e comparou sua eficiência
adsortiva com a aguapé in natura (AGIN) e seu biocarvão (BIO), na remediação
de metais em água. Os adsorventes foram caracterizados por espectroscopia
de infravermelho, que confirmou a presença de grupos hidroxilas e
carboxilatos, com bandas típicas da celulose, hemicelulose e lignina, estruturas
essas encontradas no AGIN e BIO. O espectro do AGMG apresentou as
bandas descritas anteriormente e novas bandas na região de 513 cm-1,
característica da ligação Fe-O da CoFeO4, confirmando a formação do híbrido
magnético. Os ensaios da influência do pH na remediação do cobre, zinco,
níquel e cobalto mostraram maiores porcentagens de remoção na faixa de pH
4-5, para todos os adsorventes, podendo estabelecer a seguinte ordem
crescente de eficiência de remoção AGIN<AGMG<BIO para todos os metais. O
estudo cinético evidenciou uma cinética rápida para os três adsorventes e os
metais em estudo com uma taxa de remoção superior a 50% nos primeiros 5
minutos. Os dados cinéticos ajustaram-se ao modelo de pseudo-segunda
ordem, com coeficientes de correlação superiores a 0,99 para os três materiais.
O AGMG destacou-se entre os demais adsorventes devido sua alta capacidade
de adsorção e de ser mais viável sua separação do meio aquoso. Os dados
das isotermas para o AGMG ajustaram-se ao modelo de Langmuir,
apresentando boa correlação linear na faixa de concentração estudada (5-250
mg g-1), com coeficiente de correlação r2 entre 0,9973-0,9999. Os valores de
capacidade máxima do AGMG calculada (qmax) foram de 18,3 mg g-1 Cu(II),
10,1 mg g-1 Zn(II) e 7,33 mg -1 Ni(II). A porcentagem de remoção nas diferentes
soluções mistas pelo adsorvente AGMG seguiu a ordem de seletividade,
Cu>Zn>Ni, com destaque para o cobre >84% de remoção em todas as
soluções mistas avaliadas. O AGMG foi reutilizado em quatro ciclos de
adsorção em solução mista, sem utilização de processo de dessorção, e a
eficiência variou de acordo com o metal. A adsorção para o cobre permaneceu
elevada em todos os ciclos, com 77% de remoção no primeiro ciclo e 72% no
quarto ciclo. Para o zinco e níquel, a remoção diminuiu a cada ciclo, sendo que
no terceiro ciclo não houve mais remoção de níquel. Os resíduos do AGMG
saturados com metais (AGMG-sat) apresentaram altas atividades catalíticas na
redução do 4-nitrofenol a 4-aminofenol. Os resíduos foram reutilizados em dez
ciclos de redução e a taxa de conversão nos ciclos variou de 88,9-100%, com
curtos tempos (21-26 s). / São Cristóvão, SE
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/8246 |
| Date | 26 February 2018 |
| Creators | Lima, Jôse Raymara Alves |
| Contributors | Romão, Luciane Pimenta Cruz, Cunha, Graziele da Costa |
| Publisher | Pós-Graduação em Química, Universidade Federal de Sergipe |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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