Aplicação de bagaço de cana policarboxilado na adsorção de Pb(II) e Cd(II) em batelada e em contínuo.
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| Data de Publicação: | 2023 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UFOP |
| Texto Completo: | https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/18840 |
Resumo: | Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. |
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Aplicação de bagaço de cana policarboxilado na adsorção de Pb(II) e Cd(II) em batelada e em contínuo.Bagaço de cana-de-açúcarCádmioChumboAdsorçãoPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.Os bioadsorventes de base lignocelulósica oriundos de subprodutos de resíduos agrícolas, como o bagaço de cana-de-açúcar (BC), podem contribuir com a economia circular. Este trabalho visou estudar a modificação química do BC com o dianidrido do ácido 1,2,3,4- butano-tetracarboxílico (DBTCA) para produzir um novo bioadsorvente policarboxilado. A síntese foi investigada e otimizada por um planejamento experimental Doehlert 2 3 , sendo as variáveis independentes quantidade de DBTCA, tempo de reação e temperatura. O material obtido (BCBTCA) foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 13C no estado sólido (RMN), análise elementar, difração de raios-X, análise termogravimétrica e área superficial e distribuição de tamanho de poros. As caracterizações mostraram que a síntese proposta foi bem-sucedida, com a técnica de análise de RMN de 13C sendo a mais conclusiva. A quantidade de funções ácidas em BCBTCA (5,6 mmol g -1 ) foi determinada por titulação condutimétrica. Estudos de adsorção de Pb(II) e Cd(II) foram realizados em sistemas mono- e multicomponente. As capacidades máximas de adsorção de Pb(II) e Cd(II) determinadas experimentalmente em sistema monocomponente foram 1,164 ± 0,001 e 0,55 ± 0,02 mmol g -1 , respectivamente. A variação de entalpia padrão de adsorção (ΔadsHo) de Cd(II) (8,6 ± 0,5 kJ mol-1 ) e Pb(II) (-0,28 ± 0,03 kJ mol-1 ) foram determinadas por titulação calorimétrica isotérmica (ITC). Os valores dos parâmetros termodinâmicos de adsorção indicaram que a adsorção de Pb(II) (ΔadsGo = -25,986 ± 0,006 kJ mol-1 ) e Cd(II) (ΔadsGo = -28,86 ± 0,01 kJ mol-1 ) em BCBTCA foi um processo favorável e entropicamente dirigido para Cd(II) (TΔadsSo = 34,6 ± 0,5 kJ mol-1 ) e Pb(II) (TΔadsSo = 28,54 ± 0,03 kJ mol-1 ). O BCBTCA apresentou eficiências de dessorção de 88-90% em batelada e, portanto, pode ser reutilizado em novos ciclos de adsorção. As análises de FTIR, ITC e XPS (espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X) elucidaram a natureza da interação entre os grupos funcionais de BCBTCA e os íons metálicos. A ordem de capacidade de adsorção dos cátions em sistema quaternário em BCBTCA foi Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) ~ Zn(II). Estudos em coluna de leito fixo mostraram capacidades de adsorção próximas às obtidas experimentalmente para Cd(II) e inferiores para Pb(II), e sugeriram a formação de complexos de esfera interna entre os íons metálicos e os sítios de adsorção do BCBTCA. A análise preliminar de custo de produção do bioadsorvente mostrou que a sua aplicação em termos econômicos é inviável. O nível de maturidade tecnológica (TRL) atingido foi 4.Lignocellulosic-based bioadsorbents obtained from agricultural waste by-products, such as sugarcane bagasse (BC), can contribute to the circular economy. This study aimed to investigate the chemical modification of BC with 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid dianhydride (DBTCA) to produce a new polycarboxylated bioadsorbent. The synthesis was investigated and optimized using a 23 Doehlert experimental design with the independent variables amount of DBTCA, reaction time, and temperature. The obtained material (BCBTCA) was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, 13C solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, elemental analysis, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and surface area and pore size distribution. The BCBTCA characterizations showed that the proposed synthesis was successful and the 13C NMR technique was the most conclusive. The amount of acid functions in BCBTCA (5.6 mmol g-1 ) was determined by conductimetric titration. Pb(II) and Cd(II) adsorption studies were carried out in mono- and multi-component systems. The maximum adsorption capacities of Pb(II) and Cd(II) determined experimentally in a mono- component system were 1.164 ± 0.001 and 0.55 ± 0.02 mmol g-1 , respectively. The standard adsorption enthalpy change (ΔadsHo) for Cd(II) (8.6 ± 0.5 kJ mol-1 ) and Pb(II) (- 0.28 ± 0.03 kJ mol-1 ) were determined by isothermal calorimetric titration (ITC). The values of thermodynamic adsorption parameters indicated that the adsorption of Pb(II) and Cd(II) on BCBTCA was a favorable process for Cd(II) (ΔadsGo = -25.986 ± 0.006 kJ mol-1 ) and Pb(II) (ΔadsGo = -28.86 ± 0.01 kJ mol-1 ) and entropically driven for Cd(II) (TΔadsSo = 34.6 ± 0.5 kJ mol-1 ) and Pb(II) (TΔadsSo = 28.54 ± 0.03 kJ mol-1 ). BCBTCA showed desorption efficiencies of 88-90% in batch and therefore can be reused in new adsorption cycles. FTIR, ITC, and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analyzes elucidated the nature of the interaction between BCBTCA surface groups and metal ions. The order of adsorption capacity of BCBTCA for cations in a quaternary system was Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) ~ Zn(II). Fixed-bed column experiments showed adsorption capacities close to those obtained experimentally for Cd(II) and lower for Pb(II), and suggested the formation of inner-sphere complexes between metal ions and BCBTCA surface sites. The preliminary analysis of the production cost of the bioadsorbent showed that its application is not economically viable. The technology readiness level (TRL) reached was 4.Gurgel, Leandro Vinícius AlvesSoares, Liliane CatoneGurgel, Leandro Vinícius AlvesSoares, Liliane CatoneAlves, Rosemeire BrondiRodrigues, Guilherme DiasHilário, Flaviane FranciscoGil, Laurent FrédéricCarvalho, Megg Madonyk Cota Elias2024-10-10T18:04:22Z2024-10-10T18:04:22Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCARVALHO, Megg Madonyk Cota Elias. Aplicação de bagaço de cana policarboxilado na adsorção de Pb(II) e Cd(II) em batelada e em contínuo. 2023. 237 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/18840Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Stateshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 26/05/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. 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