Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ryba, Andrea
Data de Publicação: 2011
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/26175
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Everton Fernando Zanoelo
id UFPR_472722706ec6361df854e8d1ec32c04e
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/26175
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str 308
spelling Lenzi, Marcelo Kaminski, 1977-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaZanoelo, Everton Fernando, 1969-Ryba, Andrea2024-07-17T20:53:59Z2024-07-17T20:53:59Z2011https://hdl.handle.net/1884/26175Orientador: Prof. Dr. Everton Fernando ZanoeloCoorientador: Prof. Dr. Marcelo K. LenziDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 16/03/2011Bibliografia: fls. 72-77Resumo: A presença de metais pesados em águas residuárias, provenientes principalmente de atividades antropogênicas, tornou-se um problema de grande relevância. Esses resíduos, ao serem lançados ao meio ambiente, comprometem o equilíbrio do sistema, podendo atingir o ser humano por bioacumulação ao longo da cadeia alimentar, resultando em sérios problemas à saúde humana. Neste contexto, métodos eficientes e de baixo custo tem sido propostos com o objetivo de recuperar íons metálicos e por conseqüência reduzir a carga poluente. Dentre estas técnicas alternativas, a biossorção emerge como um instrumento de grande potencial na remoção e recuperação de metais pesados de soluções aquosas. Nesta investigação, dados experimentais de biossorção de mercúrio reportados na literatura foram utilizados para o desenvolvimento de modelos de biossorção do referido poluente. Dois modelos de pseudo-primeira ordem com derivadas de ordem inteira, de área superficial constante (Modelo 1) e variável (Modelo 2), os quais foram obtidos a partir de balanços materiais de mercúrio nas fases líquidas e sólidas do sistema de adsorção, foram propostos. Um terceiro modelo de ordem inteira e de pseudo-segunda ordem, freqüentemente reportado na literatura, também foi investigado (Modelo 3). Um quarto equacionamento matemático alternativo, baseado no modelo de pseudo-primeira ordem de área constante, porém assumindo derivadas de ordem fracionária da concentração de mercúrio em relação ao tempo, também foi sugerido (Modelo 4). Todos os modelos envolvem um coeficiente global (aparente ou efetivo), o qual teoricamente representa uma combinação de resistências ao transporte (difusivas e convectivas) e a adsorção do mercúrio. O efeito da concentração inicial de mercúrio na fase líquida (500, 1000 e 2000 ppm) e sólida, bem como a influência do tipo de biossorvente (Eichhornia crassipes, Eichhornia azurea, Salvinia ariculata), sobre a cinética de biossorção e sobre a concentração no equilíbrio foram considerados. Os resultados evidenciaram que os modelos semi-empíricos de pseudo-primeira ordem com área superficial constante e derivadas de ordem inteira (Modelo 1) e fracionária (Modelo 4) são os que melhor descreveram os resultados experimentais de referência. Um único coeficiente efetivo foi capaz de descrever a cinética de adsorção nas diferentes condições investigadas, o que indica que a cinética de biossorção é overnada pela convecção externa. As áreas superficiais específicas estimadas dos biossorventes e o parâmetro c3 da isoterma de angmuir-Freundlich evidenciaram uma maior capacidade adsortiva da S. iculata. Os resultados calculados também demonstraram que a área superficial da macrófita com maior potencial de adsorção está muito aquém das encontradas nos melhores adsorventes. Entretanto, considerando-se o grande volume de material adsorvente requerido em uma unidade de tratamento de metais pesados e o baixo custo dos biossorventes analisados, considera-se que as macrófitas investigadas apresentam potencial considerável de remoção de mercúrio de águas residuárias.Abstract: The presence of heavy metals in wastewater, mainly from anthropogenic activities, has become an environmental issue of great relevance. When released to the environment, these wastes affect the system equilibrium and can reach humans by bioaccumulation along the food chain, resulting in serious harm to human health. In this framework, methods have been proposed to treat wastewater efficiently and at low cost, in which metal ions can be recovered, resulting in a minimum waste release. Among these available alternative techniques, biosorption has emerged as a powerful tool in the removal and recovery of heavy metals from aqueous solutions. In this investigation, experimental data of mercury biosorption reported in the literature were used to develop models for biosorption of the mentioned pollutant. Two pseudo-first order models involving integer and fractional derivatives with constant (Model 01) and variable surface area of adsorption (Model 02), which were obtained from material balances for water in the solid and liquid phase of the adsorption system were proposed. A third integer pseudo-second order model often presented in the literature was also investigated (Model 03). In addition, a fourth equation based on the pseudo-first order model with constant area, but involving fractional derivatives of mercury concentration with respect to adsorption time was considered (Model 04). All the suggested models involve a global (effective or apparent) coefficient, which is theoretically a combination of resistances to mass transport (diffusive and convective) and adsorption. The effect of initial mercury concentration in the bulk liquid (500, 1000 and 2000 ppm) and solid phase, as well the influence of adsorbent (Eichhornia crassipes, Eichhornia azurea, Salvinia ariculata), on the kinetics of biosorption and on equilibrium was theoretically studied. The calculated results revealed that the semi-empirical pseudo-first orders that assume constant surface area of adsorption involving integer (Model 01) and fractional derivatives (Model 04) were the best to describe the experimental results of biosorption considered as benchmark in this investigation. A single value of the already described effective coefficient when applied in the models was able to describe correctly the kinetic biosorption results at all the investigated operating conditions, what reveals that external mass transfer is governing the biosorption. The calculated specific area of the investigated bioadsorbents and the parameter c3 of the LangmuirVI Freundlich isotherm indicated that S. ariculata has the larger capacity of adsorption. The results also shown that even the largest estimated surface area is much lower than those found in the best classical adsorbents. However, the large volume of adsorbent required for wastewater treatments when associated to the low cost of the investigated bioadsorbents makes their use a reliable way to reduce the content of heavy metal by biosorption in wastewater.77f. : il., grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalMercurioAbsorçãoMetais pesadosEquações diferenciaisQuímicaModelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionáriainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALAndrea Ryba - Dissertacao de Mestrado PPGEQ.pdfapplication/pdf692498https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/1/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdfbb7a9e9abcfecb26d7d2f14035bc22a8MD51open accessTEXTAndrea Ryba - Dissertacao de Mestrado PPGEQ.pdf.txtExtracted Texttext/plain134814https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/2/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdf.txt775532e28a110c3da4368db7afd8dfa2MD52open accessTHUMBNAILAndrea Ryba - Dissertacao de Mestrado PPGEQ.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1199https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/3/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdf.jpg50b9036069842e844b51e56fa56831d3MD53open access1884/261752024-07-17 17:53:59.713open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/26175Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-07-17T20:53:59Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
title Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
spellingShingle Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
Ryba, Andrea
Mercurio
Absorção
Metais pesados
Equações diferenciais
Química
title_short Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
title_full Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
title_fullStr Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
title_full_unstemmed Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
title_sort Modelagem da biossorção de mercúrio com macrófitas envolvendo equações diferenciais de ordem inteira e fracionária
author Ryba, Andrea
author_facet Ryba, Andrea
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Lenzi, Marcelo Kaminski, 1977-
Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Zanoelo, Everton Fernando, 1969-
dc.contributor.author.fl_str_mv Ryba, Andrea
contributor_str_mv Zanoelo, Everton Fernando, 1969-
dc.subject.por.fl_str_mv Mercurio
Absorção
Metais pesados
Equações diferenciais
Química
topic Mercurio
Absorção
Metais pesados
Equações diferenciais
Química
description Orientador: Prof. Dr. Everton Fernando Zanoelo
publishDate 2011
dc.date.issued.fl_str_mv 2011
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-07-17T20:53:59Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-07-17T20:53:59Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/26175
url https://hdl.handle.net/1884/26175
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.pt_BR.fl_str_mv Disponível em formato digital
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 77f. : il., grafs., tabs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/1/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdf
https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/2/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdf.txt
https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/26175/3/Andrea%20Ryba%20-%20Dissertacao%20de%20Mestrado%20PPGEQ.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv bb7a9e9abcfecb26d7d2f14035bc22a8
775532e28a110c3da4368db7afd8dfa2
50b9036069842e844b51e56fa56831d3
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813898685136764928

Registros relacionados