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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Bioadsorção multicompostas de cromo(III), níquel(II) e zinco(II) utilizando resíduo da extração de alginato da alga Sargassum filipendula como bioadsorvente
Title Alternative: Multicomponent biosorption of chromium(III), nickel(II) and zinc(II) by using the alginate extraction residue from the algae Sargassum filipendula as biosorbent
Author: Costa, Camila Stéfanne Dias, 1990-
Advisor: Vieira, Melissa Gurgel Adeodato, 1979-
Abstract: Resumo: Cromo, níquel e zinco são metais tóxicos amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, e comumente encontrados em águas residuais misturas, podendo provocar danos à saúde de seres vivos e ao meio ambiente. Neste trabalho, a bioadsorção simultânea de tais metais pelo resíduo sólido (RES) da extração de alginato da alga Sargassum filipendula foi investigada, a fim de explorar as propriedades adsortivas deste biomaterial ainda de pouca aplicabilidade comercial. Os experimentos envolveram o preparo e a caracterização do RES antes e após o contato com os íons metálicos, estudos cinéticos e de equilíbrio, além de testes em sistema contínuo. Também foram realizados ensaios com efluentes líquidos oriundos de uma planta de processamento de couro e também da rede pluvial da cidade de Estrasburgo ¿ França. O sistema Cr-RES revelou uma bioadsorção em superfície heterogênea e sítios energicamente distintos, com predominância de difusão externa e formação de ligações químicas. Os dados de equilíbrio indicaram um processo endotérmico, espontâneo e energeticamente favorável. Os ensaios multicompostos foram determinantes ao revelar maior afinidade e seletividade do RES pelo cromo, assim como sua influência na capacidade total de bioadsorção. A partir do planejamento de mistura do tipo simplex-centroide, efeitos de interação entre os íons metálicos estudados foram observados. A bioadsorção competitiva também foi favorecida pelo aumento da temperatura na faixa estudada, exibindo natureza endotérmica. Em coluna de leito fixo houve overshoot de níquel e zinco devido à maior afinidade do bioadsorvente pelo cromo. O íon trivalente também apresentou curvas de ruptura com ampla zona de transferência de massa (ZTM), indicando maior resistência à transferência de massa com tempos estequiométricos mais longos. As técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDX) e análises químicas identificaram o mecanismo de troca iônica, com diminuição ou desaparecimento de íons leves (Ca, Na, Mg e K) da superfície do RES, enquanto a análise da capacidade de troca iônica destacou a característica de trocador iônico do RES (~34 mg/gRES). Grupos hidroxila foram associados à remoção do cromo pelas análises de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), enquanto as remoções de níquel zinco foram atribuídas às funções carboxilato. A avaliação do bloqueio dos grupos funcionais também indicou maior participação de carboxilatos e hidroxilas na bioadsorção dos metais divalentes e do cromo, respectivamente. De acordo com as análises de picnometria a gás hélio e porosimetria de mercúrio, pôde-se perceber que o cromo se encontra adsorvido principalmente na superfície do RES, enquanto níquel e zinco atingiram os poros. Os testes com amostras reais mostraram que o RES pode ser considerado efetivo, mesmo em misturas aquosas e de composição complexa, exibindo alta seletividade por íons como Al, Cr, Cd, Pb e Zn

Abstract: Chromium, nickel and zinc are toxic metals widely used in several industrial segments, and commonly found in wastewater, causing damage to human beings and environment. In this study, the simultaneous biosorption of these metals using the alginate extraction residue (RES) from the algae Sargassum filipendula as biosorbent was investigated in order to explore the adsorptive properties of this biomaterial of little commercial applicability. Experiments involved the preparation and the characterization of RES before and after the contact with metallic ions, kinetic and equilibrium studies, besides continuous tests in fixed-bed columns. Sorption assays were also carried out with liquid effluents from a leather processing plant and also from the pluvial system of Strasbourg ¿ France. The Cr-RES system revealed a biosorption on a heterogeneous surface and energetically distinct binding sites with the predominance of chemical bonds. Equilibrium data indicated an endothermic, spontaneous and energetically favorable process. The multicomponent biosorption assays were determinant when revealing higher affinity and selectivity of RES by chromium, as well as their influence on the total biosorption capacity. Through the simplex-centroid mixture design, the interactions effects between the ions evaluated were observed. The competitive biosorption was favored by the temperature increase in the studied range, exhibiting an endothermic character. The overshoot phenomenon was observed for nickel and zinc during the multicomponent assays carried out in fixed-bed columns due to the higher affinity of RES by chromium. The trivalent ions also presented breakthrough curves with wide mass transfer zone (MTZ), showing greater mass transfer resistance with longer stoichiometric times. Scanning electron microscopy analyses (SEM-EDX) and chemical analyses identified the ion exchange mechanism with decrease or disappearance of light ions (Na, Ca, Mg, and K) from the surface of RES, while the cation exchange capacity analysis highlighted the ion exchange characteristic of RES (~34 mg/gRES). Hydroxyl groups were associated with chromium removal by Fourier transformed infrared spectroscopy (FT IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while nickel and zinc biosorption was attributed to carboxylate functions. Evaluation of the functional groups blocking also indicated a higher participation of carboxylates and hydroxyls in the biosorption of respectively divalent ions and chromium. According to the analyses of helium pycnometry and mercury porosimetry, it was observed that chromium is mainly adsorbed on the surface of RES, while nickel and zinc reached the pores. The adsorption assays involving real samples indicated RES as an effective biosorbent even in complex aqueous systems, exhibiting high selectivity and affinity by different ions, such as Al, Cr, Cd, and Pb
Subject: Metais pesados
Adsorção
Sargassum
Extração
Alginatos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: COSTA, Camila Stéfanne Dias. Bioadsorção multicompostas de cromo(III), níquel(II) e zinco(II) utilizando resíduo da extração de alginato da alga Sargassum filipendula como bioadsorvente. 2019. 1 recurso online (200 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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