Carvões ativados de bambu (Bambusa vulgaris) como tecnologia excelsa para remoção de poluentes ambientais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santana, Gregório Mateus
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRRJ
Texto Completo: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9393
Resumo: O uso de carvões ativados (CAs), ainda que seja limitado, com claras vistas nos custos operacionais elevados relacionados a sua produção, tem se tornado bastante promissor para remoção de poluentes ambientais, devido hoje aos avanços sobretudo dos estudos referentes a tecnologia de adsorção e pesquisas empregando processos otimizados e precursores de baixo custo. A propósito, considerando os problemas de escassez de água que muitos países enfrentam, a necessidade de reuso da água, pode fazer dos carvões ativados um produto imprescindível à sociedade moderna. Diante desse contexto, a fim de contribuir com a melhoria de carvões ativados que poderão servir para remoção de poluentes ambientais, este trabalho, teve por objetivo produzir e avaliar a qualidade de carvões ativados preparados a partir de bambu (Bambusa vulgaris), analisar suas propriedades texturais e os resultados obtidos de suas aplicações como materiais adsorventes. Foram etapas da tese: a) desenvolver CAs em uma planta de forno semi-industrial por rota física com vapor d’água e química com ZnCl2, NaCl, H3PO4 e NaOH; b) propor rotas de produção de CAs a partir de bambu por ativação simultânea (química e física) direta; c) desenvolver CAs quimicamente em forno microondas adaptado; d) realizar tratamentos químicos que modifiquem a superfície dos CAs obtidos com ácido inorgânico HNO3 (0,2 mol L-1 e 1,0 mol L-1 ); e) controlar as variáveis do processo de produção (proporção de agente ativante, temperatura de ativação, taxa de aquecimento, tempo de residência e atmosfera no reator), mantendo uma área superficial elevada e microporosidade significativa; f) caracterizar os CAs produzidos por RGCA, d, CZ, ATG, SBET, SM, SLangmuir, Sexterna, VP, VM, VMS, D, SAM, I, pH, pHPCZ, FTIR, MEV, BOEHM; g) comparar os resultados obtidos com três CAs comerciais (Carbomafra, Dinâmica e Vetec) e CAs preparados a partir de endocarpo de coco (Cocos nucifera) e duas espécies de eucalipto (Eucalyptus dunnii e Eucalyptus benthamii); h) aplicar os CAs como materiais adsorventes na remoção de diferentes poluentes ambientais (um corante, um metal pesado, dois herbicidas, um inseticida e Fenol); e i) realizar estudos de eletroadsorçãoregeneração de CAs (com Fenol) mediante tecnologia eletroquímica. À vista disso, a produção de CAs com extraordinária qualidade foi demonstrada neste estudo, utilizando o bambu (Bambusa vulgaris) como material precursor, que desponta como um recurso de baixo custo, renovável, com rápido crescimento e elevada produtividade. Apresentou os CAs uma área SBET consideravelmente alta quando comparado aos valores disponíveis na literatura. Além do mais, a existência de feixes fibrovasculares, no bambu, resulta em uma rede bem desenvolvida de poros após a ativação que propiciou a produção de CAs de qualidade, com elevada área SBET e consequentemente elevada qm (capacidade de adsorção). Não faz necessário aplicar o processo de eletroadsorção para potencializar a adsorção de Fenol e foi atingida uma regeneração eletroquímica sublime superior a 80%. Os resultados aqui observados sugerem o emprego dos CAs obtidos como adsorventes em uma série de aplicações ambientais, sobretudo em corpos d’água contaminados por poluentes em concentrações bem mais elevadas que os limites consentidos pela legislação. Finalmente, o bambu foi um excelente precursor para a produção de CAs, por várias rotas de ativações, e novos estudos complementares devem ser realizados para aperfeiçoar, ainda mais, a qualidade dos CAs produzidos.
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Tese (Doutorado em Ciências Ambientais e Florestais) - Instituto de Florestas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2018.https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9393O uso de carvões ativados (CAs), ainda que seja limitado, com claras vistas nos custos operacionais elevados relacionados a sua produção, tem se tornado bastante promissor para remoção de poluentes ambientais, devido hoje aos avanços sobretudo dos estudos referentes a tecnologia de adsorção e pesquisas empregando processos otimizados e precursores de baixo custo. A propósito, considerando os problemas de escassez de água que muitos países enfrentam, a necessidade de reuso da água, pode fazer dos carvões ativados um produto imprescindível à sociedade moderna. Diante desse contexto, a fim de contribuir com a melhoria de carvões ativados que poderão servir para remoção de poluentes ambientais, este trabalho, teve por objetivo produzir e avaliar a qualidade de carvões ativados preparados a partir de bambu (Bambusa vulgaris), analisar suas propriedades texturais e os resultados obtidos de suas aplicações como materiais adsorventes. Foram etapas da tese: a) desenvolver CAs em uma planta de forno semi-industrial por rota física com vapor d’água e química com ZnCl2, NaCl, H3PO4 e NaOH; b) propor rotas de produção de CAs a partir de bambu por ativação simultânea (química e física) direta; c) desenvolver CAs quimicamente em forno microondas adaptado; d) realizar tratamentos químicos que modifiquem a superfície dos CAs obtidos com ácido inorgânico HNO3 (0,2 mol L-1 e 1,0 mol L-1 ); e) controlar as variáveis do processo de produção (proporção de agente ativante, temperatura de ativação, taxa de aquecimento, tempo de residência e atmosfera no reator), mantendo uma área superficial elevada e microporosidade significativa; f) caracterizar os CAs produzidos por RGCA, d, CZ, ATG, SBET, SM, SLangmuir, Sexterna, VP, VM, VMS, D, SAM, I, pH, pHPCZ, FTIR, MEV, BOEHM; g) comparar os resultados obtidos com três CAs comerciais (Carbomafra, Dinâmica e Vetec) e CAs preparados a partir de endocarpo de coco (Cocos nucifera) e duas espécies de eucalipto (Eucalyptus dunnii e Eucalyptus benthamii); h) aplicar os CAs como materiais adsorventes na remoção de diferentes poluentes ambientais (um corante, um metal pesado, dois herbicidas, um inseticida e Fenol); e i) realizar estudos de eletroadsorçãoregeneração de CAs (com Fenol) mediante tecnologia eletroquímica. À vista disso, a produção de CAs com extraordinária qualidade foi demonstrada neste estudo, utilizando o bambu (Bambusa vulgaris) como material precursor, que desponta como um recurso de baixo custo, renovável, com rápido crescimento e elevada produtividade. Apresentou os CAs uma área SBET consideravelmente alta quando comparado aos valores disponíveis na literatura. Além do mais, a existência de feixes fibrovasculares, no bambu, resulta em uma rede bem desenvolvida de poros após a ativação que propiciou a produção de CAs de qualidade, com elevada área SBET e consequentemente elevada qm (capacidade de adsorção). Não faz necessário aplicar o processo de eletroadsorção para potencializar a adsorção de Fenol e foi atingida uma regeneração eletroquímica sublime superior a 80%. Os resultados aqui observados sugerem o emprego dos CAs obtidos como adsorventes em uma série de aplicações ambientais, sobretudo em corpos d’água contaminados por poluentes em concentrações bem mais elevadas que os limites consentidos pela legislação. Finalmente, o bambu foi um excelente precursor para a produção de CAs, por várias rotas de ativações, e novos estudos complementares devem ser realizados para aperfeiçoar, ainda mais, a qualidade dos CAs produzidos.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorThe use of activated carbon (ACs), although limited, with clear views on the high operating costs related to their production has become very promising for the removal of environmental pollutants, especially the studies on adsorption technology and research using optimized processes and low cost precursors. By the way, considering the water scarcity problems facing many countries, the need for water reuse can make activated carbon an essential commodity to modern society. In this context, in order to contribute to the improvement of activated carbon that can be used to remove environmental pollutants, this work aimed to produce and evaluate the quality of activated carbon prepared from bamboo (Bambusa vulgaris), to analyze their texture properties and the results obtained from their applications as adsorbent materials. The stages of the thesis were as follows: a) to develop ACs in a semi-industrial furnace plant by physical route with water vapor and chemical with ZnCl2, NaCl, H3PO4 and NaOH; b) to propose production routes of ACs from bamboo by simultaneous activation (chemical and physical) direct; c) to develop ACs chemically in an adapted microwave oven; d) to perform chemical treatments that modify the surface of ACs obtained with inorganic acid HNO3 (0.2 mol L-1 and 1.0 mol L-1 ); e) to control the production process variables (proportion of activating agent, activation temperature, heating rate, residence time and atmosphere in the reactor), maintaining a high surface area and significant microporosity; f) to characterize the ACs produced by RGCA, d, CZ, ATG, SBET, SM, SLangmuir, Sexterna, VP, VM, VMS, D, SAM, I, pH, pHPCZ, FTIR, MEV, BOEHM; g) to compare the results obtained with three commercial ACs (Carbomafra, Dinâmica and Vetec) and ACs prepared from coconut endocarps (Cocos nucifera) and two eucalyptus species (Eucalyptus dunnii and Eucalyptus benthamii); h) to apply ACs as adsorbent materials in the removal of different environmental pollutants (a dye, a heavy metal, two herbicides, an insecticide and phenol); and i) to perform electroadsorption-regeneration studies of ACs (with phenol) using electrochemical technology. Thus, the production of extraordinary quality ACs has been demonstrated in this study, using bamboo (Bambusa vulgaris) as precursor material, that rises as a low-cost, renewable resource with rapid growth and high productivity. The ACs presented a considerably high SBET area when compared to the available values in the literature. In addition, the presence of fibrovascular bundles in the bamboo resulted in a well-organized pore network after activation that allowed the quality ACs production with a high SBET area and consequently high qm (adsorption capacity). It is not necessary to apply the electro-adsorption process to potentiate phenol adsorption and a sublime electrochemical regeneration higher than 80% has been achieved. The results observed in this work suggest the use of ACs obtained as adsorbents in a series of environmental applications, especially in water bodies contaminated by pollutants at concentrations much higher than the limits allowed by the legislation. Finally, bamboo has been an excellent precursor for the ACs production, through various activation routes, and further complementary studies should be carried out to improve even more the ACs quality produced.application/pdfporUniversidade Federal Rural do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Ciências Ambientais e FlorestaisUFRRJBrasilInstituto de FlorestasSíntese de adsorventesProdutos com alto valor agregadoAplicações ambientaisAdsorbents synthesisHigh added value productsEnvironmental applicationsRecursos Florestais e Engenharia FlorestalCarvões ativados de bambu (Bambusa vulgaris) como tecnologia excelsa para remoção de poluentes ambientaisActivated carbon of bamboo (Bambusa vulgaris) as a prominent technology for the environmental pollutants removalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisABBAS, M.; KADDOUR, S.; TRARI, M. Kinetic and equilibrium studies of cobalt adsorption on apricot stone activated carbon. 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Santana, Gregório Mateus
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description O uso de carvões ativados (CAs), ainda que seja limitado, com claras vistas nos custos operacionais elevados relacionados a sua produção, tem se tornado bastante promissor para remoção de poluentes ambientais, devido hoje aos avanços sobretudo dos estudos referentes a tecnologia de adsorção e pesquisas empregando processos otimizados e precursores de baixo custo. A propósito, considerando os problemas de escassez de água que muitos países enfrentam, a necessidade de reuso da água, pode fazer dos carvões ativados um produto imprescindível à sociedade moderna. Diante desse contexto, a fim de contribuir com a melhoria de carvões ativados que poderão servir para remoção de poluentes ambientais, este trabalho, teve por objetivo produzir e avaliar a qualidade de carvões ativados preparados a partir de bambu (Bambusa vulgaris), analisar suas propriedades texturais e os resultados obtidos de suas aplicações como materiais adsorventes. Foram etapas da tese: a) desenvolver CAs em uma planta de forno semi-industrial por rota física com vapor d’água e química com ZnCl2, NaCl, H3PO4 e NaOH; b) propor rotas de produção de CAs a partir de bambu por ativação simultânea (química e física) direta; c) desenvolver CAs quimicamente em forno microondas adaptado; d) realizar tratamentos químicos que modifiquem a superfície dos CAs obtidos com ácido inorgânico HNO3 (0,2 mol L-1 e 1,0 mol L-1 ); e) controlar as variáveis do processo de produção (proporção de agente ativante, temperatura de ativação, taxa de aquecimento, tempo de residência e atmosfera no reator), mantendo uma área superficial elevada e microporosidade significativa; f) caracterizar os CAs produzidos por RGCA, d, CZ, ATG, SBET, SM, SLangmuir, Sexterna, VP, VM, VMS, D, SAM, I, pH, pHPCZ, FTIR, MEV, BOEHM; g) comparar os resultados obtidos com três CAs comerciais (Carbomafra, Dinâmica e Vetec) e CAs preparados a partir de endocarpo de coco (Cocos nucifera) e duas espécies de eucalipto (Eucalyptus dunnii e Eucalyptus benthamii); h) aplicar os CAs como materiais adsorventes na remoção de diferentes poluentes ambientais (um corante, um metal pesado, dois herbicidas, um inseticida e Fenol); e i) realizar estudos de eletroadsorçãoregeneração de CAs (com Fenol) mediante tecnologia eletroquímica. À vista disso, a produção de CAs com extraordinária qualidade foi demonstrada neste estudo, utilizando o bambu (Bambusa vulgaris) como material precursor, que desponta como um recurso de baixo custo, renovável, com rápido crescimento e elevada produtividade. Apresentou os CAs uma área SBET consideravelmente alta quando comparado aos valores disponíveis na literatura. Além do mais, a existência de feixes fibrovasculares, no bambu, resulta em uma rede bem desenvolvida de poros após a ativação que propiciou a produção de CAs de qualidade, com elevada área SBET e consequentemente elevada qm (capacidade de adsorção). Não faz necessário aplicar o processo de eletroadsorção para potencializar a adsorção de Fenol e foi atingida uma regeneração eletroquímica sublime superior a 80%. Os resultados aqui observados sugerem o emprego dos CAs obtidos como adsorventes em uma série de aplicações ambientais, sobretudo em corpos d’água contaminados por poluentes em concentrações bem mais elevadas que os limites consentidos pela legislação. Finalmente, o bambu foi um excelente precursor para a produção de CAs, por várias rotas de ativações, e novos estudos complementares devem ser realizados para aperfeiçoar, ainda mais, a qualidade dos CAs produzidos.
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