Aerogéis de amido contendo nanocelulose modificada para remoção de metais pesados em águas residuais oriundas do setor industrial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento, Camila Boldrini
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=126929
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Derval dos Santos Rosa
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Logo, foi investigada a síntese de aerogéis de amido contendo nanocelulose (NECs - de resíduos de eucalipto), de amido e ainda aerogéis de nanocelulose para melhoria das propriedades intrínsecas do aerogel e remoção de íons metálicos bivalentes (como cobre, cádmio, manganês e zinco) oriundos de águas contaminadas. As NECs foram isoladas por pré-tratamentos assistidos por micro-ondas e isolamento mecânico combinado. Seu tamanho médio alcançou 581 nm, com elevada cristalinidade e rendimento mássico. O aerogel de amido de milho foi sintetizado por reticulação pelo citrato trissódico, seguido de secagem freeze-drying (liofilização), em que a concentração intermediária (Aero 1:1,5) obteve baixíssima densidade e menor taxa de encolhimento, elevada área superficial, bom desempenho mecânico e uma eficiência de remoção de 30 % de Cd(II), 89 % de Cu(II), e 50 % de Mn(II), porém tendo ínfima remoção de Zn(II) para mitigação ambiental avaliada por ICP-MS. A troca iônica dos íons Na+ do agente reticulante com o íon; a ação das hidroxilas do amido, bem como a elevada área superficial são indícios para a remoção de Cd(II), Cu(II) e Mn(II). O aerogel de nanocelulose, preparado em solução de NaOH/ureia, seguido de reticulação com epicloridrina, e por liofilização também alcançou uma baixa densidade e taxa de encolhimento, elevada porosidade e resistência mecânica elevada. Quanto a remoção de Cd(II) e Zn(II), o cádmio obteve eficiência de remoção quantitativa de 100 %, alcançando uma melhor eficiência para o zinco. A adição de NECs no aerogel compósito, que foi incorporado por meio da solução de NaOH/ureia resultou em um maior grau de reticulação do aerogel observado por FTIR. A NEC densificou o aerogel, gerando menor taxa de encolhimento, elevada resistência mecânica, e uma remoção de 100 % dos íons Cd(II) e Cu(II), seguido de uma remoção de 79 % do Mn(II) e melhora do Zn(II). Por fim, a modificação da NEC com agente quelante (PS-DTPA) apresentou-se promissora quanto a estabilização coloidal das NECs e afinidade destas partículas para íons bivalentes. Portanto, as NECs introduzidas no aerogel produziram um material altamente poroso, com propriedades mecânicas únicas e passivo de uso na remediação ambiental.The contamination of water resources by potentially toxic elements has been growing substantially. Ions such as Cd(II), Zn(II), Cu(II), and Mn(II) are some of these contaminants due to their persistence and toxicity. Aerogels are adsorbents that can remove these pollutants. Therefore, the synthesis of starch aerogels containing nanocellulose (CNS - from eucalyptus waste), starch, and nanocellulose aerogels was investigated to improve the intrinsic properties of the aerogel and remove divalent metal ions (such as copper, cadmium, manganese, and zinc) originating of contaminated waters. CNSs were isolated by microwave-assisted pretreatments and combined mechanical isolation. Its average size reached 581 nm, with high crystallinity and mass yield. The corn starch aerogel was synthesized by cross-linking with trisodium citrate, followed by freeze-drying, in which the intermediate concentration (Aero 1:1.5) obtained very low density and a lower shrinkage rate, high surface area, good mechanical performance and a removal efficiency of 30 % of Cd(II), 89 % of Cu(II), and 50 % of Mn(II), but with minimal removal of Zn(II) for environmental mitigation evaluated by ICP- MS. The ion exchange of the Na+ ions of the crosslinking agent with the ion; the action of starch hydroxyls, as well as the high surface area are indications for the removal of Cd(II), Cu(II) and Mn(II). The nanocellulose aerogel, prepared in NaOH/urea solution, followed by crosslinking with epichlorohydrin, and by freeze-drying also achieved a low density and shrinkage rate, high porosity, and high mechanical strength. Regarding the removal of Cd(II) and Zn(II), cadmium achieved a quantitative removal efficiency of 100 %, achieving a better efficiency for zinc. The addition of CNSs into the composite aerogel, which was incorporated using the NaOH/urea solution, resulted in a higher degree of crosslinking of the aerogel observed by FTIR. CNS densified the aerogel, generating a lower shrinkage rate, high mechanical resistance, and a 100 % removal of Cd(II) and Cu(II) ions, followed by a 79 % removal of Mn(II) and improvement of Zn (II). Finally, the modification of CNS with a chelating agent (PS-DTPA) showed promise in terms of colloidal stabilization of CNSs and the affinity of these particles for divalent ions. Therefore, the CNSs introduced into the aerogel produced a highly porous material, with unique mechanical properties and potential for use in environmental remediation.Rosa, Derval dos SantosPaulino, Alexandre TadeuMarchi, JulianaMei, Lucia Helena InnocentiniAutreto, Pedro Alves da SilvaNascimento, Camila Boldrini2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf258 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=126929http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=126929&midiaext=81329Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=126929porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-08-29T15:51:06Zoai:BDTD:126929Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2024-08-29T15:51:06Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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