Avaliação do processo de biossorção de metais pesados utilizando a macrófita Egeria densa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Gustavo Henrique Fidelis dos
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
Texto Completo: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6518
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Mauro Antonio da Silva Sá Ravagnani
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spelling Avaliação do processo de biossorção de metais pesados utilizando a macrófita Egeria densaBiossorção - Íons metálicosEgeria densaMetais pesados - Mecanismos de biossorçãoTroca iônica660.28423EngenhariasEngenharia QuímicaOrientador: Prof. Dr. Mauro Antonio da Silva Sá RavagnaniCoorientador: Prof. Dr. Aparecido Nivaldo MódenesTese (doutorado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2016RESUMO: O objetivo deste trabalho foi avaliar a biossorção de cádmio e zinco utilizando a macrófita Egeria densa e identificar as principais interações físico-quimicas e mecanismos de biossorção envolvidos na captura destes metais pesados. Foram realizados ensaios em sistema fechado para avaliação da cinética, do equilíbrio e dos mecanismos de biossorção em diferentes temperaturas por meio da mistura de 50 mL de solução mono e bicomponente de cádmio e zinco com 0,3 g de biossorvente in natura e pré-tratado quimicamente com diferentes reagentes (ácidos, bases e sais) e diferentes formas de operação (sistema fechado e em coluna de leito fixo). Foram também realizados experimentos de biossorção de cádmio e de zinco nas concentrações de 0,5 mequiv/L e pH 5,0 em coluna de leito fixo utilizando a biomassa in natura e pré-tratada quimicamente na temperatura de 30 ºC e vazões volumétricas de 2, 4 e 6 cm3 min-1. Nas temperaturas investigadas (30, 40 e 50 ºC), o tempo de equilíbrio de biossorção foi aproximadamente 15 minutos. A concentração de íons removidos foi maior em 30 ºC. O modelo de Weber-Morris ajustou-se aos dados cinéticos, indicando que a biossorção mono e bicomponente de cádmio e zinco é controlada pela difusão intrapartícula. Nas temperaturas avaliadas, a isoterma de Langmuir ajustou-se aos dados de equilíbrio, apresentando maior valor de capacidade máxima de remoção de cádmio (1,05 mequiv g-1) e de zinco (1,17 mequiv g-1) na temperatura de 30 ºC. A análise termodinâmica comprovou que a biossorção de cádmio e zinco é um processo espontâneo, favorável, exotérmico, reversível e está envolvida pelo processo de quimissorção. Espectros do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) da biomassa antes e após a biossorção mostraram que a superfície do biossorvente possui grupos funcionais hidroxil, carboxil, amida e fosfato que contribuíram na captura íons metálicos por meio de interações eletrostáticas. Desta forma, verificou-se que o principal mecanismo de captura dos íons Cd2+/CdCl+ e Zn2+ foi a troca iônica com os cátions Ca2+ > Mn2+ > K+ > Na+ ligados aos grupos funcionais da biomassa. A dessorção de cádmio e zinco com solução eluente CaCl2 recuperou os íons Cd2+/CdCl+ e Zn2+ devido a troca iônica ser o mecanismo de biossorção predominante. Modificações químicas da biomassa com diferentes reagentes foram investigadas a fim de aumentar a sua capacidade de remoção de íons metálicos. Os pré-tratamentos combinados de H3PO4 + NaCl e com solução CaCl2 mostraram aumento na taxa de remoção pela Egeria densa em aproximadamente 19% para cádmio e 25% para zinco, porque aumentaram a quantidade de íons trocadores (Na+ e Ca2+) ligados aos grupos funcionais, favorecendo o mecanismo de troca iônica. A biossorção de cádmio e zinco em coluna de leito fixo utilizando a biomassa pré-tratada com solução CaCl2 aumentou a capacidade de biossorção e reduziu a zona de transferência de massa do leito. Estes resultados indicaram que a biomassa Egeria densa comporta-se como um trocador iônico na remoção de íons metálicos e as suas propriedades adsortivas podem ser elevadas com pré-tratamentos químicos que favoreçam o mecanismo de troca iônicaABSTRACT: The purpose of this study was to evaluate the cadmium and zinc biosorption by macrophyte Egeria densa and identify the main physical-chemical interactions and biosorption mechanisms involved in the capture of these heavy metals. Experimental tests were performed in batch system for evaluation of kinetics, equilibrium and biosorption mechanisms at different temperatures from mixing 50 mL of mono and bi-component cadium and zinc solution with 0.3 g of biomass in natura and chemically pre-treated with different reagents (acids, bases and salts) and different modes of operation (batch system and fixed bed column). Experiments of biosorption of cadium and zinc at concentrations of 0.5 mequiv L-1 and pH 5.0 were also performed in a fixed bed column using biomass in natura and chemically pre-treated at a temperature of 30ºC and volumetric flow 2.4 and 6 cm³ min-1. At all temperatures investigated (30, 40 e 50 ºC), the equilibrium biosorption time was approximately 15 minutes, but the concenctration of ions removed was higher at 30 ºC. Weber-Mortis model fitted to kinetic data, which indicated that mono and bi-component biosorption of cadmium and zinc is controled by intraparticle diffusion. In the evaluated temperature, Langmuir isotherm fitted to equilibrium data, with higher maximum removal capacity for cadmium (1.05 mequiv g-1) and zinc (1.17 mequiv g-1) at 30 ºC. The thermodynamic analysis proved that cadmium and zinc biosorption is a spontaneous, favorable, exothermic, reversible and chemisorption process. Fourier transform Infrared (FTIR) spectra of biomass before and after the biosorption showed that the surface of the biosorbent has functional groups like hydroxyl, carboxyl, amide and phosphate that were responsable to the metalic ions caputre through electrostatic interactions. Thus, it was found that the main biosorption mechanism of Cd2+/CdCl+ e Zn2+ ions was the ion exchange with Ca2+ > Mn2+ > K+ > Na+ bonded to functional groups of the biomass. The cadmium and zinc desorption with CaCl2 eluent solution recovered the Cd2+/CdCl+ and Zn2+ ions because the ion exchange is the predominant biosorption mechanism. Chemical modifications of biomass with different reagents were invistigated in order to increase the removal capacity of metal ions. Pretreatments combined with H3PO4 + NaCl solution and with CaCl2 solution increased the rate of removal of Egeria densa in approximately 19% for cadmium and 25% for zinc, as they increased the amount of exchanger ions (Na+ and Ca2+) connected to the functional groups, favoring the ion exchange mechanism. Cadmium and zinc biosorption in fixed bed column using pre-treated biomass with CaCl2 solution increased the biosorption capacity and reduced the mass transfer zone of the bed. These results indicated that the Egeria densa biomass behaves as an ion exchanger to remove metal ions and its adsorptive properties can be increased with chemical pre-treatments that favor the ion exchange mechanism130 f : il. (algumas color.), tabs.Universidade Estadual de MaringáDepartamento de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaMaringá, PRCentro de TecnologiaRavagnani, Mauro Antonio da Silva SáBorba, Carlos EduardoPietrobelli, Juliana Martins Teixeira de AbreuCarvalho, Esdras Penêdo deCosta, Caliane Bastos BorbaSantos, Gustavo Henrique Fidelis dos2023-10-30T19:31:28Z2023-10-30T19:31:28Z2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSANTOS, Gustavo Henrique Fidelis dos. Avaliação do processo de biossorção de metais pesados utilizando a macrófita Egeria densa. 2016. 130 f Tese (doutorado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2016, Maringá, PR.http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6518info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2024-03-26T17:18:26Zoai:localhost:1/6518Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestopendoar:2024-04-23T15:00:13.119593Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false
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