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Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work proposes the use of the bark of Bertholletia excelsa HBK, a residue of the beneficiation of Brazil nut, as biossorvente in removal of metal ions toxic cadmium (Cd), lead (Pb), chromium (Cr), copper (Cu) and zinc (Zn) of contaminated water, as an alternative to conventional methods of available treatments. The characterization of biosorbent was performed by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR) and the point of zero charge (pHPCZ). After that, adsorption tests were performed aiming to determine the ideal conditions of pH, mass of adsorbent and contact time for the adsorption process. The adsorption kinetics was evaluated by the models of pseudo first model, pseudo second order, Elovich and intraparticle diffusion. From the obtained results, isotherms of adsorption were built for each metal, which were linearized as mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich. To compare the natural adsorbents with a commercial adsorbent were performed comparative studies with the activated coal. In addition, we evaluated the ability of desorption of the materials and the influence of temperature on adsorption process of metals under study by bark of B. excelsa HBK. The characterization of biosorbent through SEM showed a roughness surface, showing important characteristics of adsorption. From the FT-IR was possible identify compounds such as lignin and cellulose, which favour the adsorption process. The pHPCZ obtained was 4.1. The tests of mass demonstrated that 12 g L-1 of biossorvente are sufficient for an effective removal of metal ions Cd, Pb and Cr in solution, and 8 g L-1 for the ions Cu and Zn. With respect to the pH values of the solution, there was no difference among them, being that the higher removed quantity obtained at pH 5.0. The time for dynamic equilibrium was found at 60 minutes. The application of kinetic models suggests the limiting factor for the adsorption of these metal ions may be the chemisorption. The equilibrium isotherms were obtained based on pre-established optimal conditions for each metal and the mathematical adjustments were performed by mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R). The mathematical models that best adjusted for adsorption in bark of Brazil nut was Dubinin-Radushkevich for Cr and Cu, Freundlich and Langmuir for Cr for all the ions studied, and thus estimate the parameter maximum capacity of adsorption (Qm) provided by this model, being Cr = 12.69; Pb = 10.77; Cd = 7.45, Zn = 4.86 and Cu = 3.92 mg g-1. The negative value for variation of free energy (ΔG) obtained by means of thermodynamic studies for adsorption of metals Cd, Cr, Cu and Zn is an indication of a spontaneous process and favorable, in the case of Pb2+, the values of ΔG reported that there was no absorption of energy for the formation of products, so that the reaction is not spontaneous. The results showed that the biosorbent from bark of Brazil nut may constitute a sustainable alternative for low cost, by not having suffered prior treatment and because it is a dried grape byproduct in removal of metal ions present in waters / O presente trabalho propõe a utilização da casca de Bertholletia excelsa HBK, um resíduo do beneficiamento da castanha do Brasil, como biossorvente na remoção dos íons metálicos cádmio (Cd), chumbo (Pb), cromo (Cr), cobre (Cu) e zinco (Zn) de águas contaminadas, como alternativa aos métodos convencionais de tratamento existentes. Assim, após a caracterização do biossorvente por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e ponto de carga zero (pHPCZ), foram realizados testes de adsorção objetivando determinar as condições ideais de pH, massa de adsorvente e tempo de contato para o processo de adsorção. A cinética de adsorção foi avaliada pelos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. A partir dos resultados obtidos, foram construídas as isotermas de adsorção para cada metal, as quais foram linearizadas conforme os modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radusckevich. Visando comparar este biossorvente com um adsorvente comercial, foram realizados estudos comparativos com o carvão ativado. Além disso, foram avaliados a capacidade de eluição dos materiais e a influência da temperatura no processo de adsorção dos metais em estudo pela casca de B. excelsa HBK. A caracterização do biossorvente por meio da MEV mostrou uma superfície rugosa, importantes características de adsorção. A partir do espectro de IV foi possível identificar compostos como a lignina e celulose, os quais favorecem o processo de adsorção. O pHPCZ obtido foi de 4,4. Os testes de massa demonstraram que 12 g L-1 do biossorvente são suficientes para uma remoção eficiente dos íons metálicos Cd, Pb e Cr em solução, e de 8 g L-1 para os íons Cu e Zn. Com relação aos valores de pH da solução, não houve diferença entre eles, sendo que testes futuros foram desenvolvidos em condição de pH 5,0. O tempo para que o sistema atingisse o equilíbrio entre os metais estudados foi 60 min. O modelo cinético de pseudoprimeira ordem foi o que melhor se ajustou ao processo cinético, sugerindo desta forma que o principal passo limitante para a adsorção destes íons metálicos pode ser a adsorção química. As isotermas de equilíbrio foram obtidas com base nas condições ótimas pré-estabelecidas para cada metal e os ajustes matemáticos foram realizados por meio dos modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich (D-R). Os modelos matemáticos que melhor se ajustaram para a adsorção em casca de castanha do Brasil foram Dubinin-Radushkevich para o Cr e Cu, Freundlich para Cr e Langmuir para todos os íons estudados, podendo assim estimar o parâmetro capacidade máxima de adsorção (Qm) fornecido por este modelo, sendo Cr = 12,69 > Pb = 10,77 > Cd = 7,45, Zn = 4,86 e Cu = 3,92 mg g-1. O valor negativo de variação de energia livre (ΔG) obtido por meio dos estudos termodinâmicos para a adsorção dos metais Cd, Cr, Zn e Cu é uma indicação de um processo espontâneo e favorável, no caso do Pb2+, os valores de ΔG demostraram que a reação não é espontânea. Os resultados mostraram que o biossorvente proveniente da casca de castanha do Brasil pode constituir uma alternativa sustentável de baixo custo, por não ter sofrido tratamento prévio e por se tratar de um coproduto na remoção dos íons metálicos presentes em águas
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/1248 |
| Date | 21 February 2014 |
| Creators | Casarin, Juliana |
| Contributors | Gonçalves Júnior, Affonso Celso, Tarley, César Ricardo Teixeira, Dragunski, Douglas Cardoso |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Marechal Cândido Rondon, -6392337873870130111, 500, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, UNIOESTE, BR, Centro de Ciências Agrárias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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