Produção de biocarvão a partir da serragem para adsorção de fosfato

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rocha, Amanda Ribeiro da
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/81314
Resumo: Orientadora: Prof.ª Drª. Glaucia Pantano
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spelling Soares, Frederico Luis FelipeMangrich, Antonio Salvio, 1939-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaPantano, GlauciaRocha, Amanda Ribeiro da2023-02-28T14:25:48Z2023-02-28T14:25:48Z2022https://hdl.handle.net/1884/81314Orientadora: Prof.ª Drª. Glaucia PantanoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 19/07/2022Inclui referências: p. 78-100Resumo: O fósforo é um elemento indispensável para o sustento da vida na Terra. Sua escassez é iminente e, sua presença, em ambientes aquáticos por seu despejo em esgotos tratados e não-tratados, acarreta na eutrofização. Materiais que recuperem espécies fosfáticas desses ambientes são primordiais para a garantia da segurança alimentar e hídrica. Neste trabalho, avaliou-se a produção de biocarvões de serragem modificados com cálcio para a adsorção de fosfato em solução aquosa. Inicialmente, a biomassa de serragem foi modificada com cloreto de cálcio (3,0 mol L-1, 50 ml de solução para cada 5 g). Utilizando um planejamento experimental tipo Box-Benhken, quinze biocarvões foram produzidos para avaliar diferentes condições de pirólise (taxa de aquecimento: 5, 10, 15 °C min-1; temperatura: 350, 450, 550 °C; tempo de residência: 0, 30, 60 min). Os materiais foram caracterizados por BET, MEV, FTIR, Raman e DRX. Foram realizados estudos de adsorção de fosfato em 10 mg L-1 e 0,100 g de biocarvão por 24 h, como também da cinética de adsorção de 5 a 1440 minutos, (modelos de pseudo-primeira ordem e pseudosegunda ordem) e de equilíbrio de adsorção de 1 a 500 mg L-1 (modelos de Langmuir e de Freundlich). Por fim, utilizou-se amostras de águas naturais (rio e lago) para verificar a capacidade de remoção do material. Os biocarvões, em geral, apresentaram remoção satisfatória de fosfato nas soluções aquosas, sendo a maior remoção (93 %) do biocarvão 15 preparado em taxa de aquecimento de 5 °C min-1, 450 °C e sem tempo de residência. No MEV foi observado uma morfologia com fissuras e poros concordando com o BET onde a área superficial específica variou de 2,3 m² g-1 a 13,8 m² g-1. Nos espectros de FTIR foram observadas as bandas de estiramento O-H, C-H, O=C=O, C-O e C=C. Na espectroscopia Raman, explorou-se a grafitização do material e pelo DRX, verificou-se as espécies de cálcio que podem interagir com o fosfato. Pelas caracterizações notou-se a influência da menor taxa de aquecimento e do tempo total de pirólise na remoção do fosfato. Nos estudos de cinética, verificou-se que a maioria dos biocarvões se ajustaram ao modelo de pseudo-segunda ordem, que indica predominância de quimissorção e, nas isotermas de adsorção, ao modelo de Langmuir, que representa adsorção em monocamada. Porém, entre os melhores biocarvões também foi possível constatar a fisissorção, com o modelo cinético de pseudo-primeira ordem e as energias adsortivas de superfície, com o modelo de Freundlich. Nas amostras de águas naturais a remoção foi de 50 % (lago) e 10 % (rio). Ao todo considera-se que os biocarvões produzidos, com um custo médio, de R$ 0,44 por kilograma, considerando apenas a componente energética, são alternativas potenciais para remoção de fosfato, auxiliando na solução da problemática do fósforo.Abstract: Phosphorus is an indispensable element for sustaining life on Earth. Its scarcity is imminent, and its presence in aquatic environments, due to its discharge in treated and untreated sewage, leads to eutrophication. Materials that recover phosphate species from these environments are essential to guarantee food and water security. The present work aimed the production of sawdust biochars modified with calcium for the adsorption of phosphate in aqueous solution. Initially, sawdust biomass was modified with calcium chloride (3.0 mol L-1, 50 ml of solution for each 5 g). Using a Box-Benhken design, fifteen biochars were produced to evaluate different pyrolysis conditions (Heating Rate: 5, 10, 15 °C min-1; Temperature: 350, 450, 550 °C; Residence Time: 0, 30, 60 min). The materials were characterized by BET, SEM, FTIR, Raman and XRD. Phosphate adsorption studies were performed on 10 mg L-1 and 0.100 g of biochar for 24 h, as well as adsorption kinetics from 5 to 1440 minutes, (pseudo-first-order and pseudo-second-order models) and adsorption equilibrium from 1 to 500 mg L-1 (Langmuir and Freundlich models). Finally, samples of natural waters (river and lake) were used to verify the removal capacity of the material. The biochars, in general, showed satisfactory removal of phosphate in aqueous solutions, with the highest removal (93 %) of biochar 15 prepared at a heating rate of 5 °C min-1, 450 °C and without residence time. In the SEM, a morphology with pores was observed agreeing with the BET, where the specific surface area ranged from 2.3 m² g-1 to 13.8 m² g-1. In the FTIR spectra the O-H, C-H, O=C=O, C-O and C=C stretching bands were observed. In Raman spectroscopy, the graphitization of the material was explored and by XRD, the calcium species that can interact with phosphate were verified. By the characterizations it was noted the influence of the lower heating rate and the total pyrolysis time in the phosphate removal. In the kinetic studies, it was found that most of the biochars fitted the pseudo-second-order model, which indicates predominance of chemisorption and, in the adsorption isotherms, the Langmuir model, which represents adsorption in monolayer. However, among the best biochars it was also possible to observe physisorption, with the pseudo-first-order kinetic model, and the surface adsorption energies, with the Freundlich model. In the natural water samples, the removal was 50 % (lake) and 10 % (river). All in all, it is considered that the produced biochars, with an average cost, of R$ 0.44 per kilogram, considering only the energy component, are potential alternatives for phosphate removal, helping in the solution of the problematic of phosphorus.1 recurso online : PDF.application/pdfBiomassaFosforoPiroliseBiocarvãoQuímicaProdução de biocarvão a partir da serragem para adsorção de fosfatoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - AMANDA RIBEIRO DA ROCHA.pdfapplication/pdf5817717https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/81314/1/R%20-%20D%20-%20AMANDA%20RIBEIRO%20DA%20ROCHA.pdf8d8f8730ff08851e5ea03face5df9d20MD51open access1884/813142023-02-28 11:25:48.891open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/81314Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082023-02-28T14:25:48Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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