Membranas adsorventes biodegradáveis para retenção de cobre proveniente de efluentes contaminados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanini, Noelle Cardoso
Data de Publicação: 2022
Outros Autores: Paulino, Alexandre Tadeu, Autreto, Pedro Alves da Silva
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=124357
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Derval dos Santos Rosa
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spelling Membranas adsorventes biodegradáveis para retenção de cobre proveniente de efluentes contaminadosMEMBRANANANOARGILACURCUMINAMATERIAIS POROSOSÁGUA CONTAMINADAMEMBRANENANO CLAYCURCUMINPOROUS MATERIALSCONTAMINATED WATERPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS - UFABCOrientador: Prof. Dr. Derval dos Santos RosaCoorientadora: Profa. Dra. Daniella Regina MulinariDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2022.Efluentes industriais descartados sem tratamento alinhados com desastres ambientais como os sofridos em Brumadinho são fontes de elementos potencialmente tóxicos (EPTs) altamente concentrados em cursos d'agua, como o cátion bivalente de cobre (Cu(II)) que causa doenças neurodegenerativas, prejudicando a vida de animais aquáticos e populações que se abastecem da água. Assim, são urgentes as alternativas para reduzir altas concentrações de Cu(II). Este trabalho propõe a preparação e caracterização membranas adsorventes de matriz poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT) combinadas com nanoargila Cloisite® 20A (C20A) e curcumina nanométrica (NC) para diminuir a concentração de Cu(II) em uma solução simulando a concentração de cobre de efluentes industriais de chapeamento e das águas do Rio Paraopeba contaminadas pelo desastre do rompimento das barragens de Brumadinho. As membranas foram obtidas por inversão de fase por evaporação/ inversão de fase por não solvente (EIPS/NIPS) e dip coating. O espalhamento dinâmico da luz (DLS) corroborou a natureza nanométrica das partículas de C20A e NC, e o potencial zeta mostrou a tendência de aglomeração das mesmas. A difratometria de raios-X (DRX) mostrou que a inserção das fases dispersas provoca aumento do índice de cristalinidade (IC) das membranas quando comparadas ao PBAT puro. A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) demonstrou grupos funcionais das fases dispersas nas membranas que podem favorecer a adsorção de Cu(II). Comparadas às membranas dip coating, a deconvolução das curvas das membranas EIPS/NIPS mostrou maiores coeficientes de ligação de hidrogênio. Além disso, menores poros e aumento da cristalinidade das membranas EIPS/NIPS acarretaram no aumento do módulo de elasticidade e limite de resistência à tração, sendo PBAT/0,5%C20A e PBAT/0,5%NC as com melhor desempenho mecânico (o que foi comprovado pela análise estatística pelo teste t de Student). As membranas EIPS/NIPS são hidrofílicas com menores ângulos de contato (AC), o que também foi comprovado pela análise estatística, se destacando as membranas compósitas (PBAT/0,5%C20A e PBAT/0,5%NC). A análise de custos mostrou que as membranas EIPS/NIPS são até 43% mais baratas que as dip coating e que a adição de fases dispersas no bulk da membrana diminui o preço por metro quadrado (m²) quando comparadas ao PBAT puro. Os testes de adsorção mostraram que as membranas EIPS/NIPS conseguiram diminuir a concentração do íon Cu(II) a partir de uma solução de 1000 mg L-1. As membranas que mais se destacaram foram as membranas compósitas EIPS/NIPS de PBAT/1%C20A e PBAT/0,5%NC, retendo 28% de contaminante. Assim as membranas compósitas EIPS/NIPS (com apenas uma fase dispersa) tiveram mais vantagens econõmicas, de desempenho mecânico e molhabilidade devido melhores coeficientes de ligação de hidrogênio, menores aglomerações e dispersão das fases dispersas no bulk da membrana. Entretanto, mais estudos são necessários para aumentar sua eficiência de adsorção de contaminante utilizado outras variáveis (temperatura, pH, concentração de Cu(II)).Industrial effluents discharged without treatment aligned with environmental disasters such as those suffered in Brumadinho are sources of potentially toxic elements (PTEs) highly concentrated in waterways, such as the bivalent copper cation (Cu(II)) that causes neurodegenerative diseases, harming the lives of aquatic animals and populations that are supplied with water. Thus, alternatives to reduce high concentrations of Cu(II) are urgently needed. This work proposes the preparation and characterization of adsorptive membranes of poly(adipate-co-butylene terephthalate) (PBAT) matrix combined with nano clay Cloisite® 20A (C20A) and nanometric curcumin (NC) to decrease the concentration of Cu(II) in a solution simulating the concentration of copper from industrial plating effluents and the waters of the Paraopeba River contaminated by the Brumadinho dam burst disaster. The membranes were obtained by evaporative phase inversion/non-solvent phase inversion (EIPS/NIPS) and dip coating. Dynamic light scattering (DLS) corroborated the nanometric nature of the C20A and NC particles, and zeta potential showed their tendency to agglomerate. X-ray diffractometry (XRD) showed that the insertion of the dispersed phases causes an increase in the crystallinity index (CI) of the membranes when compared to pure PBAT. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) demonstrated functional groups of the dispersed phases in the membranes that may favor Cu(II) adsorption. Compared to the dip coating membranes, the deconvolution of the curves of the EIPS/NIPS membranes showed higher hydrogen bonding coefficients. In addition, smaller pores and increased crystallinity of EIPS/NIPS membranes resulted in increased tensile modulus and tensile strength limit, with PBAT/0.5%C20A and PBAT/0.5%NC having the best mechanical performance (which was proven by statistical analysis using Student's t-test). The EIPS/NIPS membranes are hydrophilic with smaller contact angles (AC), which was also proven by statistical analysis, with the composite membranes (PBAT/0.5%C20A and PBAT/0.5%NC) standing out. The cost analysis showed that EIPS/NIPS membranes are up to 43% cheaper than dip coating and that the addition of dispersed phases in the membrane bulk decreases the price per square meter (m²) when compared to pure PBAT. The adsorption tests showed that the EIPS/NIPS membranes were able to decrease the concentration of Cu(II) ion from a solution of 1000 mg L-1. The membranes that stood out the most were the EIPS/NIPS composite membranes of PBAT/1%C20A and PBAT/0.5%NC, retaining 28% of contaminant. Thus the EIPS/NIPS composite membranes (with only one dispersed phase) had more advantages in economics, mechanical performance and wettability due to better hydrogen bonding coefficients, lower agglomerations and dispersion of the dispersed phases in the membrane bulk. However, more studies are needed to increase their contaminant adsorption efficiency using other variables (temperature, pH, Cu(II) concentration).Rosa, Derval dos SantosMulinari, Daniella ReginaZanini, Noelle CardosoPaulino, Alexandre TadeuAutreto, Pedro Alves da Silva2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf207 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=124357http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=124357&midiaext=80845Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=124357porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-06-22T11:44:28Zoai:BDTD:124357Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2023-06-22T11:44:28Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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