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Título: Adsorção e dessorção do corante preto reativo 5 em solução aquosa utilizando adsorvente alternativo de lodo de esgoto sanitário (biocarvão)
Título(s) alternativo(s): Adsorption and desorption of reactive Black 5 dye in aqueous solution using alternative sanitary sewage sludge (biochar) adsorbent
Autor(es): Freitas, Daiane Cristina de
Orientador(es): Carvalho, Karina Querne de
Palavras-chave: Reaproveitamento (Tecnologia química)
Adsorção
Lodo residual
Corantes - Indústria têxtil
Indústria Têxtil
Esgotos
Resíduos industriais
Recycle operations (Chemical technology)
Adsorption
Sewage sludge
Colorings matter - Textile industry and fabrics
Textile industry
Sewerage
Factory and trade waste
Data do documento: 15-Jul-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FREITAS, Daiane Cristina de. Adsorção e dessorção do corante preto reativo 5 em solução aquosa utilizando adsorvente alternativo de lodo de esgoto sanitário (biocarvão). 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020.
Resumo: O lodo de esgoto é considerado um passivo ambiental devido à quantidade gerada e a problemática na destinação. Uma alternativa de destino deste resíduo seria sua transformação em biocarvão para ser utilizado na remoção de outros poluentes, como por exemplo, os corantes sintéticos. A maioria destes corantes são de difícil degradação e quando presentes em efluentes que são descartados em corpos hídrícos, podem trazer prejuízos à fauna e flora aquática. Neste sentido, o objetivo desta pesquisa foi investigar a capacidade adsortiva e dessortiva do lodo de esgoto previamente pirolisado (LP) e funcionalizado (LF) na remoção do corante Preto Reativo 5. Os adsorventes foram caracterizados por meio de análises físicas, químicas e texturais. Posteriormente, foram realizados os ensaios cinéticos de acordo com planejamento estatístico empregando o delineamento composto central rotacional (DCCR) fatorial 23, variando pH da solução, temperatura do ensaio e massa de adsorvente. Os ensaios de equilíbrio de adsorção por meio das isotermas e determinação das propriedades termodinâmicas foram realizados a partir da condição ótima verificada pela desejabilidade no planejamento estatístico. Na dessorção foram testadas soluções regenerantes, sendo o melhor foi utilizado na dessorção, bem como nos ciclos de adsorção/dessorção. Para a adsorção em fluxo contínuo, foi realizado o DCCR 23, variando-se vazão de entrada, concentração de RB 5 e massa de adsorvente. Na condição ótima obtida no planejamento foram tratados efluente têxtil e efluente têxtil fortificado com o RB 5. O mesmo foi aplicado para a condição ótima obtida na cinética de adsorção em batelada. Com a realização das caracterizações físicas, químicas e texturais verificou-se que os adsorventes apresentaram características de mesoporosidade e que os poros presentes no material são maiores que a molécula do corante, o que evidencia a capacidade de adsorção dos adsorventes alternativos propostos. As eficiências de adsorção obtidas para os adsorventes nas condições ótimas obtidas pela desejabilidade foram de 72% para LP e 99% para LF. Na adsorção, o melhor ajuste dos dados experimentais foi obtido para o modelo cinético de pseudo-segunda ordem (R2 > 0,98) para ambos os adsorventes. Quanto a investigação da capacidade adsortiva, foram ajustados os modelos Sigmóide e Wu para LP e LF, respectivamente. O processo de adsorção ocorreu de forma exotérmica (-327,86 kJ mol-1) para LP e endotérmica (23,03 kJ mol-1) para LF, sendo que para ambos a adsorção foi espontânea e termodinamicamente favorável. No processo de dessorção, o melhor ajuste foi obtido para o modelo de pseudo-segunda ordem (0,326 e 1,233 mg g-1 para LP e LF, respectivamente) e o modelo de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados na isoterma, tanto para LP (0,348 mg g-1 e R2 0,75), quanto para LF (0,660 mg g-1 e R2 0,63). A dessorção ocorreu de forma exotérmica (-278,26 kJ mol-1 para LP e -104,21 kJ mol-1 para LF), com afinidade entre adsorvato e adsorvente, de forma espontânea e termodinamicamente favorável. Ainda, foi proposto mecanismo adsortivo por pontes de hidrogênio para o LP e por interação eletrostática para LF. Já o mecanismo dessortivo foi impedido principalmente pela quimiossorção presente. Por fim, com a realização dessa pesquisa pode-se concluir que o lodo de esgoto pode ser utilizado como adsorvente alternativo, pois as análises realizadas indicam seu bom desempenho no processo.
Abstract: Sewage sludge is considered an environmental liability due to the amount generated and the problem in the destination. An alternative destination for this waste would be its transformation into biochar to be used to remove other pollutants, such as synthetic dyes. Most of these dyes are difficult to degrade and when present in effluents that are discarded in water bodies, they can cause damage to aquatic fauna and flora. In this sense, the objective of this research was to investigate the adsorptive and desorption capacity of previously pyrolyzed (LP) and functionalized (LF) sewage sludge in the removal of Reactive Black 5 dye. The adsorbents were characterized using physical, chemical, and textural analyzes. Subsequently, kinetic tests were performed according to statistical planning using the factorial central rotational composite design (DCCR) 23, varying the pH of the solution, test temperature, and mass of adsorbent. The adsorption equilibrium tests employing isotherms and determination of thermodynamic properties were performed based on the optimal condition verified by the desirability in statistical planning. In the desorption, regenerating solutions were tested, the best being used in the desorption, as well as in the adsorption/desorption cycles. For continuous flow adsorption, DCCR 23 was performed, varying the input flow, RB 5 concentration and adsorbent mass. In the optimum condition obtained in the planning, textile effluent and textile effluent fortified with RB 5 were treated. The same was applied for the optimal condition obtained in batch adsorption kinetics. With the realization of the physical, chemical, and textural characterizations it was found that the adsorbents showed characteristics of mesoporosity and that the pores present in the material are larger than the dye molecule, which shows the adsorption capacity of the proposed alternative adsorbents. The adsorption efficiencies obtained for the adsorbents under the optimal conditions obtained by the desirability were 72% for LP and 99% for LF. In adsorption, the best fit of the experimental data was obtained for the pseudosecond order kinetic model (R2> 0.98) for both adsorbents. As for the investigation of adsorptive capacity, the Sigmoid and Wu models were adjusted for LP and LF, respectively. The adsorption process occurred exothermic (-327.86 kJ mol-1) for LP and endothermic (23.03 kJ mol-1) for LF, and for both adsorption was spontaneous and thermodynamically favorable. In the desorption process, the best fit was obtained for the pseudo-second order model (0.326 and 1.233 mg g-1 for LP and LF, respectively) and the Langmuir model was the one that best fit the data in the isotherm, both for LP (0.348 mg g-1 and R2 0.75), and for LF (0.660 mg g-1 and R2 0.63). Desorption occurred exothermically (-278.26 kJ mol-1 for LP and – 104.21 kJ mol-1 for LF), with spontaneous and thermodynamically favorable affinity between adsorb and adsorbent. Also, an adsorptive mechanism by hydrogen bonds for LP and electrostatic interaction for LF was proposed. The desorption mechanism was prevented mainly by the present chemosorption. Finally, with the completion of this research, it can be concluded that sewage sludge can be used as an alternative adsorbent, as the analyzes performed indicate its good performance in the process.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5111
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