Avaliação da argila Verde-lodo calcinada como adsorvente na remoção de cafeína [recurso eletrônico] = Evaluation of calcined Verde-lodo clay as adsorbent for caffeine removal
Maria Fernanda Oliveira
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP OL4a
[Evaluation of calcined Verde-lodo clay as adsorbent for caffeine removal]
Campinas, SP : [s.n.], 2018.
1 recurso online (149 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Melissa Gurgel Adeodato Vieira
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Resumo: A remoção de contaminantes emergentes de efluentes aquosos tem sido um assunto de interesse da comunidade científica nas últimas décadas. Dentre os milhares de contaminantes emergentes existentes, a cafeína se destaca por ser um composto farmacologicamente ativo e um indicador de atividade...
Ver mais
Resumo: A remoção de contaminantes emergentes de efluentes aquosos tem sido um assunto de interesse da comunidade científica nas últimas décadas. Dentre os milhares de contaminantes emergentes existentes, a cafeína se destaca por ser um composto farmacologicamente ativo e um indicador de atividade antrópica frequentemente detectado em corpos d¿água, e por ser capaz de causar efeitos adversos à saúde de alguns animais, mesmo a baixas concentrações. Neste trabalho, foi investigada a adsorção de cafeína usando-se a argila Verde-lodo calcinada como material adsorvente. O estudo envolveu um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional para determinar, dentre as condições analisadas, os melhores valores dos parâmetros operacionais massa de argila por 100 mL de solução, pH, velocidade de agitação e concentração inicial de cafeína em solução. Os fatores pH e velocidade de agitação não foram significativos (p>0,05) nos intervalos avaliados. No estudo cinético, realizado à pressão atmosférica e à temperatura de 25 ºC, foi determinado um tempo de equilíbrio de adsorção de 40 horas e os modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, resistência à transferência de massa em filme externo, Boyd e difusão intrapartícula foram ajustados às curvas experimentais obtidas para três concentrações iniciais de cafeína em solução, sendo que o modelo de pseudossegunda ordem foi o que apresentou melhor ajuste. A resistência à transferência de massa em filme externo foi a etapa controladora do processo. O estudo de equilíbrio foi realizado para as temperaturas de 15, 25, 40 e 60 ºC, sendo que a capacidade máxima de adsorção de Langmuir, modelo ajustado aos dados, foi maior (0,7328 mmol.g-1) para a temperatura de 60 ºC. Os modelos de Freundlich e Dubinin-Radushkevich também foram ajustados às curvas experimentais, sendo que o primeiro apresentou o melhor ajuste para as temperaturas de 40 e 60 ºC e o segundo, o melhor para as temperaturas de 15 e 25 ºC. Os ensaios de adsorção em sistema de leito fixo avaliaram a influência da vazão de alimentação e da concentração da solução de cafeína na eficiência de remoção do composto. Os maiores tempos de ruptura e porcentagens de remoção foram obtidos para a vazão de 1 mL.min-1 e concentração de 0,2 mmol.L-1. Os modelos de Thomas, Yoon e Nelson e Yan e colaboradores foram ajustados às curvas de ruptura obtidas, sendo que os dois primeiros apresentaram os melhores ajustes para tempos de operação mais longos, e o último foi o que melhor se ajustou aos dados para tempos de operação mais curtos. A argila Verde-lodo calcinada antes e depois da adsorção da cafeína foi caracterizada pelas técnicas de termogravimetria (TG), termogravimetria derivada (DTG), análise térmica diferencial (DTA), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), porosimetria de mercúrio, picnometria a gás hélio, fisissorção de nitrogênio (BET), e determinação de carga superficial (pHzpc). As mudanças verificadas na estrutura do material argiloso, como aumento da densidade aparente e diminuição da densidade real, da área superficial e do volume de mesoporos e microporos indicaram que o processo de remoção de cafeína estudado foi, de fato, um processo adsortivo
Ver menos
Abstract: Emerging contaminants removal from aqueous effluents has been a subject of interest to the scientific community in recent decades. Among thousands of emerging contaminants, caffeine stands out as a pharmaceutically active compound and an indicator of anthropic contamination frequently...
Ver mais
Abstract: Emerging contaminants removal from aqueous effluents has been a subject of interest to the scientific community in recent decades. Among thousands of emerging contaminants, caffeine stands out as a pharmaceutically active compound and an indicator of anthropic contamination frequently detected in water bodies, and as a substance capable of causing adverse effects to the health of some animals, even when present in low concentrations. In this work, the adsorption of caffeine was investigated using calcined Verde-lodo clay as adsorbent material. The study involved an experimental central composite rotatable design to determine, among the conditions analyzed, the best values of the operational parameters clay mass per 100 mL of solution, pH, agitation speed, and initial caffeine concentration. The factors pH and agitation speed were not significant (p>0.05) at the evaluated intervals. The kinetic study was conducted at atmospheric pressure and 25 ºC. The adsorption equilibrium time was 40 hours, and the models adjusted to experimental data were pseudo-first order, pseudo-second order, resistance to external film mass transfer, Boyd and intraparticle diffusion and the pseudo-second model showed the best fit. The resistance to external film was the mass transfer limiting step of adsorption. The equilibrium study was performed at temperatures of 15, 25, 40 and 60 °C. The Langmuir model was adjusted to data and the highest adsorption capacity was obtained at 60 ºC (0.7328 mmol.g-1). The Freundlich and Dubinin-Radushkevich models were also fitted to the experimental curves. The first one showed the best fit for temperatures of 40 and 60 °C and the second one was better for temperatures of 15 and 25 °C. Adsorption tests on fixed-bed system were performed to evaluate the inlet flow rate and caffeine concentration influences on the compound efficiency removal. The highest rupture times and percentages of removal were obtained for the flow rate of 1 mL.min-1 and concentration of 0.2 mmol.L-1. The models of Thomas, Yoon and Nelson and modified dose-response (Yan and co-workers) were fitted to the rupture curves data, with the first two showing the best adjustments for longer operating times, and the last one showing best fit to the data for shorter operating times. The adsorbent Verde-lodo clay was analyzed before and after caffeine adsorption using the characterization techniques of thermal gravimetric (TG), analysis derivative thermogravimetric (DTG), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (MEV), mercury porosimetry, helium gas picnometry, nitrogen physisorption (BET), spectroscopy in the infrared region (FT-IR) and surface charge determination (pHzpc). The verified changes on the clay structure, such as increase on the bulk density and reduction on skeletal density, superficial area and micropores and mesopores volume indicated that the caffeine removal process studied was, in fact, adsorption
Ver menos
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Avaliação da argila Verde-lodo calcinada como adsorvente na remoção de cafeína [recurso eletrônico] = Evaluation of calcined Verde-lodo clay as adsorbent for caffeine removal
Maria Fernanda Oliveira
Avaliação da argila Verde-lodo calcinada como adsorvente na remoção de cafeína [recurso eletrônico] = Evaluation of calcined Verde-lodo clay as adsorbent for caffeine removal
Maria Fernanda Oliveira