Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Faria, Ana Carolina Querino de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33892
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603
Resumo: Environmental pollution by heavy metals represents an enormous risk to living beings due to its characteristics of non-biodegradability and bioaccumulation in the food chain. Adsorption is an efficient treatment for removing heavy metals from wastewater. The use of magnetic nanosorbents allows simple removal from the aqueous medium by magnetism. This study aims to study the adsorption of cadmium by magnetic nanoparticles of pure manganese ferrite (NPM) and magnetic nanoparticles of manganese ferrite modified with sulfonated polystyrene (NPMPSS). NPM were synthesized by coprecipitation and sulfonated polystyrene by homogeneous sulfonation with acetylsulfate. The sulfonated polystyrene (PSS) was soluble in N, N – dimethylformamide and not soluble in water. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy confirmed sulfonic groups in NPMPSS. The pH of the point of zero charge were 4.37; 7.06 and 6.89 for PSS, NPM and NPMPSS, respectively. Scanning electron microscopy showed nanoparticles with uniform spherical shape, smooth texture and diameters ranging from 86 nm to 328 nm. X-ray diffraction confirmed the magnetic core composed of MnFe2O4 in the nanoparticles and determined an average crystallite size of 34.71 nm and 32.05 nm for NPM and NPMPSS, respectively. Thermogravimetric analysis estimated the presence of 14% polymer in NPMPSS. From the elemental analysis data a degree of sulfonation of 17.18% for PSS was obtained. The synthesized nanoparticles are mesoporous, with a reduction in the specific area from 12.18 m² g-1 to 6.61 m² g-1 after modification with PSS. The adsorption experiments were carried out in batch and in triplicate. The initial pH of the solution did not influence the removal of cadmium. Adsorption kinetics followed the pseudo first order model for NPM and the pseudo second order model for NPMPSS. The NPMPSS data were better fitted to the Freundlich isotherm model, while it was not possible to define an isotherm for the NPM. NPM and NPMPSS reached maximum cadmium removal of 58% and 86% and maximum adsorption capacity of 1.9 mg g-1 and 4.5 mg g-1, respectively. The sulfonic groups significantly increased the cadmium removal efficiency by the nanoparticles. However, future studies are needed to overcome the limitation regarding the dispersibility of NPMPSS.
id UFU_5d332ac08758d1c7c47540857d48817d
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/33892
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosaProduction of magnetic nanoparticle of manganese ferrite modified with sulfonated polystyrene in the adsorption of cadmium ions from aqueous solutionAdsorçãoCádmioMetais pesadosNanopartículas magnéticasFerrita de manganêsPoliestireno sulfonadoAdsorptionCadmiumHeavy metalsMagnetic nanoparticlesManganese ferriteSulfonated polystyreneCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS::TECNICAS AVANCADAS DE TRATAMENTO DE AGUASEngenharia civilMetais pesados - Aspectos ambientaisÁgua - PoluiçãoCádmioNanopartículasEnvironmental pollution by heavy metals represents an enormous risk to living beings due to its characteristics of non-biodegradability and bioaccumulation in the food chain. Adsorption is an efficient treatment for removing heavy metals from wastewater. The use of magnetic nanosorbents allows simple removal from the aqueous medium by magnetism. This study aims to study the adsorption of cadmium by magnetic nanoparticles of pure manganese ferrite (NPM) and magnetic nanoparticles of manganese ferrite modified with sulfonated polystyrene (NPMPSS). NPM were synthesized by coprecipitation and sulfonated polystyrene by homogeneous sulfonation with acetylsulfate. The sulfonated polystyrene (PSS) was soluble in N, N – dimethylformamide and not soluble in water. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy confirmed sulfonic groups in NPMPSS. The pH of the point of zero charge were 4.37; 7.06 and 6.89 for PSS, NPM and NPMPSS, respectively. Scanning electron microscopy showed nanoparticles with uniform spherical shape, smooth texture and diameters ranging from 86 nm to 328 nm. X-ray diffraction confirmed the magnetic core composed of MnFe2O4 in the nanoparticles and determined an average crystallite size of 34.71 nm and 32.05 nm for NPM and NPMPSS, respectively. Thermogravimetric analysis estimated the presence of 14% polymer in NPMPSS. From the elemental analysis data a degree of sulfonation of 17.18% for PSS was obtained. The synthesized nanoparticles are mesoporous, with a reduction in the specific area from 12.18 m² g-1 to 6.61 m² g-1 after modification with PSS. The adsorption experiments were carried out in batch and in triplicate. The initial pH of the solution did not influence the removal of cadmium. Adsorption kinetics followed the pseudo first order model for NPM and the pseudo second order model for NPMPSS. The NPMPSS data were better fitted to the Freundlich isotherm model, while it was not possible to define an isotherm for the NPM. NPM and NPMPSS reached maximum cadmium removal of 58% and 86% and maximum adsorption capacity of 1.9 mg g-1 and 4.5 mg g-1, respectively. The sulfonic groups significantly increased the cadmium removal efficiency by the nanoparticles. However, future studies are needed to overcome the limitation regarding the dispersibility of NPMPSS.Dissertação (Mestrado)A poluição ambiental por metais pesados representa um enorme risco aos seres vivos devido às suas características de não biodegradabilidade e bioacumulação na cadeia alimentar. A adsorção é um tratamento eficiente para remoção de metais pesados de águas residuárias. A utilização de nanoadsorventes magnéticos permite uma remoção simples do meio aquoso por magnetismo. Este estudo possui como objetivo estudar a adsorção de cádmio pelas nanopartículas magnéticas de ferrita de manganês puras (NPM) e nanopartículas magnéticas de ferrita de manganês modificadas com poliestireno sulfonado (NPMPSS). As NPM foram sintetizadas por coprecipitação e o poliestireno sulfonado por sulfonação homogênea com acetilsulfato. O poliestireno sulfonado (PSS) se apresentou solúvel em N, N – dimetilformamida e não solúvel em água. A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier e espectroscopia de energia dispersiva por raio-X confirmaram grupos sulfônicos em NPMPSS. Os valores de pH do ponto de carga zero foram de 4,37; 7,06 e 6,89 para PSS, NPM e NPMPSS, respectivamente. A microscopia eletrônica de varredura apresentou nanopartículas com formato esférico uniforme, textura lisa e diâmetros variando entre 86 nm e 328 nm. A difração de raios-X confirmou o núcleo magnético composto por MnFe2O4 nas nanopartículas e determinou um tamanho médio de cristalito de 34,71 nm e 32,05 nm para NPM e NPMPSS, respectivamente. A análise termogravimétrica estimou a presença de 14% de polímero em NPMPSS. Pelos dados de análise elementar obteve-se um grau de sulfonação de 17,18% para PSS. As nanopartículas sintetizadas são mesoporosas, ocorrendo redução da área específica de 12,18 m² g-1 para 6,61 m² g-1 após modificação com PSS. Os experimentos de adsorção foram conduzidos em batelada e em triplicata. O pH inicial da solução não influenciou a remoção de cádmio. A cinética de adsorção seguiu o modelo de pseudo primeira ordem para as NPM e o modelo de pseudo segunda ordem para as NPMPSS. Os dados de NPMPSS foram melhores ajustados ao modelo de isoterma de Freundlich, enquanto que não foi possível definir uma isoterma para as NPM. As NPM e as NPMPSS atingiram remoção máxima de cádmio de 58% e de 86% e capacidade máxima de adsorção de 1,9 mg g-1 e 4,5 mg g-1, respectivamente. Os grupos sulfônicos aumentaram significativamente a eficiência de remoção de cádmio pelas nanopartículas. Porém, estudos futuros são necessários para superar a limitação quanto à dispersibilidade das NPMPSS.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia CivilPasquini, Danielhttp://lattes.cnpq.br/6879704705300161Morais, Ismarley Lage Hortahttp://lattes.cnpq.br/8939296324498671Salla, Marcio Ricardohttp://lattes.cnpq.br/3627743332198183Bertolino, Sueli Mourahttp://lattes.cnpq.br/1154202559580478Ostroski, Indianara Conceiçãohttp://lattes.cnpq.br/9689394915288313Faria, Ana Carolina Querino de2022-01-03T21:27:40Z2022-01-03T21:27:40Z2021-11-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFARIA, Ana Carolina Querino de. Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa. 2021. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33892http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603porAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Stateshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2022-01-04T06:18:15Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/33892Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2022-01-04T06:18:15Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
Production of magnetic nanoparticle of manganese ferrite modified with sulfonated polystyrene in the adsorption of cadmium ions from aqueous solution
title Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
spellingShingle Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
Faria, Ana Carolina Querino de
Adsorção
Cádmio
Metais pesados
Nanopartículas magnéticas
Ferrita de manganês
Poliestireno sulfonado
Adsorption
Cadmium
Heavy metals
Magnetic nanoparticles
Manganese ferrite
Sulfonated polystyrene
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS::TECNICAS AVANCADAS DE TRATAMENTO DE AGUAS
Engenharia civil
Metais pesados - Aspectos ambientais
Água - Poluição
Cádmio
Nanopartículas
title_short Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
title_full Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
title_fullStr Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
title_full_unstemmed Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
title_sort Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa
author Faria, Ana Carolina Querino de
author_facet Faria, Ana Carolina Querino de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Pasquini, Daniel
http://lattes.cnpq.br/6879704705300161
Morais, Ismarley Lage Horta
http://lattes.cnpq.br/8939296324498671
Salla, Marcio Ricardo
http://lattes.cnpq.br/3627743332198183
Bertolino, Sueli Moura
http://lattes.cnpq.br/1154202559580478
Ostroski, Indianara Conceição
http://lattes.cnpq.br/9689394915288313
dc.contributor.author.fl_str_mv Faria, Ana Carolina Querino de
dc.subject.por.fl_str_mv Adsorção
Cádmio
Metais pesados
Nanopartículas magnéticas
Ferrita de manganês
Poliestireno sulfonado
Adsorption
Cadmium
Heavy metals
Magnetic nanoparticles
Manganese ferrite
Sulfonated polystyrene
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS::TECNICAS AVANCADAS DE TRATAMENTO DE AGUAS
Engenharia civil
Metais pesados - Aspectos ambientais
Água - Poluição
Cádmio
Nanopartículas
topic Adsorção
Cádmio
Metais pesados
Nanopartículas magnéticas
Ferrita de manganês
Poliestireno sulfonado
Adsorption
Cadmium
Heavy metals
Magnetic nanoparticles
Manganese ferrite
Sulfonated polystyrene
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS::TECNICAS AVANCADAS DE TRATAMENTO DE AGUAS
Engenharia civil
Metais pesados - Aspectos ambientais
Água - Poluição
Cádmio
Nanopartículas
description Environmental pollution by heavy metals represents an enormous risk to living beings due to its characteristics of non-biodegradability and bioaccumulation in the food chain. Adsorption is an efficient treatment for removing heavy metals from wastewater. The use of magnetic nanosorbents allows simple removal from the aqueous medium by magnetism. This study aims to study the adsorption of cadmium by magnetic nanoparticles of pure manganese ferrite (NPM) and magnetic nanoparticles of manganese ferrite modified with sulfonated polystyrene (NPMPSS). NPM were synthesized by coprecipitation and sulfonated polystyrene by homogeneous sulfonation with acetylsulfate. The sulfonated polystyrene (PSS) was soluble in N, N – dimethylformamide and not soluble in water. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy confirmed sulfonic groups in NPMPSS. The pH of the point of zero charge were 4.37; 7.06 and 6.89 for PSS, NPM and NPMPSS, respectively. Scanning electron microscopy showed nanoparticles with uniform spherical shape, smooth texture and diameters ranging from 86 nm to 328 nm. X-ray diffraction confirmed the magnetic core composed of MnFe2O4 in the nanoparticles and determined an average crystallite size of 34.71 nm and 32.05 nm for NPM and NPMPSS, respectively. Thermogravimetric analysis estimated the presence of 14% polymer in NPMPSS. From the elemental analysis data a degree of sulfonation of 17.18% for PSS was obtained. The synthesized nanoparticles are mesoporous, with a reduction in the specific area from 12.18 m² g-1 to 6.61 m² g-1 after modification with PSS. The adsorption experiments were carried out in batch and in triplicate. The initial pH of the solution did not influence the removal of cadmium. Adsorption kinetics followed the pseudo first order model for NPM and the pseudo second order model for NPMPSS. The NPMPSS data were better fitted to the Freundlich isotherm model, while it was not possible to define an isotherm for the NPM. NPM and NPMPSS reached maximum cadmium removal of 58% and 86% and maximum adsorption capacity of 1.9 mg g-1 and 4.5 mg g-1, respectively. The sulfonic groups significantly increased the cadmium removal efficiency by the nanoparticles. However, future studies are needed to overcome the limitation regarding the dispersibility of NPMPSS.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-11-30
2022-01-03T21:27:40Z
2022-01-03T21:27:40Z
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 FARIA, Ana Carolina Querino de. Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa. 2021. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603.
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33892
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603
identifier_str_mv FARIA, Ana Carolina Querino de. Produção de nanopartícula magnética de ferrita de manganês modificada com poliestireno sulfonado na adsorção de íons de cádmio em solução aquosa. 2021. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33892
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.603
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1805569721041420288