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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Avaliao do processo de biossoro de metais pesados utilizando a macrfita Egeria densa
Ttulo [EN]: Evaluation of biosorption process of heavy metals using Egeria densa macrophyte
Autor(es): Gustavo Henrique Fidelis dos Santos
Palavras-chave [PT]:

Biossoro. ons metlicos. Egeria densa. Metais pesados. Mecanismos de biossoro. Troca inica. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Biosorption. Metal ions. Egeria densa. Heavy metal. Biosorption mechanism. Ion exchange. Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Mauro Antonio da Silva S Ravagnani [Orientador] - UEM
Aparecido Nivaldo Mdenes - UNIOESTE
Carlos Eduardo Borba - UNIOESTE
Juliana Martins Teixeira de Abreu Pietrobelli - UTFPr
Esdras Pendo de Carvalho - UEM
Caliane Bastos Borba Costa - UEM
Resumo:
Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a biossoro de cdmio e zinco utilizando a macrfita Egeria densa e identificar as principais interaes fsico-quimicas e mecanismos de biossoro envolvidos na captura destes metais pesados. Foram realizados ensaios em sistema fechado para avaliao da cintica, do equilbrio e dos mecanismos de biossoro em diferentes temperaturas por meio da mistura de 50 mL de soluo mono e bicomponente de cdmio e zinco com 0,3 g de biossorvente in natura e pr-tratado quimicamente com diferentes reagentes (cidos, bases e sais) e diferentes formas de operao (sistema fechado e em coluna de leito fixo). Foram tambm realizados experimentos de biossoro de cdmio e de zinco nas concentraes de 0,5 mequiv/L e pH 5,0 em coluna de leito fixo utilizando a biomassa in natura e pr-tratada quimicamente na temperatura de 30 C e vazes volumtricas de 2, 4 e 6 cm3 min-1. Nas temperaturas investigadas (30, 40 e 50 C), o tempo de equilbrio de biossoro foi aproximadamente 15 minutos. A concentrao de ons removidos foi maior em 30 C. O modelo de Weber-Morris ajustou-se aos dados cinticos, indicando que a biossoro mono e bicomponente de cdmio e zinco controlada pela difuso intrapartcula. Nas temperaturas avaliadas, a isoterma de Langmuir ajustou-se aos dados de equilbrio, apresentando maior valor de capacidade mxima de remoo de cdmio (1,05 mequiv g-1) e de zinco (1,17 mequiv g-1) na temperatura de 30 C. A anlise termodinmica comprovou que a biossoro de cdmio e zinco um processo espontneo, favorvel, exotrmico, reversvel e est envolvida pelo processo de quimissoro. Espectros do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) da biomassa antes e aps a biossoro mostraram que a superfcie do biossorvente possui grupos funcionais hidroxil, carboxil, amida e fosfato que contriburam na captura ons metlicos por meio de interaes eletrostticas. Desta forma, verificou-se que o principal mecanismo de captura dos ons Cd2+/CdCl+ e Zn2+ foi a troca inica com os ctions Ca2+ > Mn2+ > K+ > Na+ ligados aos grupos funcionais da biomassa. A dessoro de cdmio e zinco com soluo eluente CaCl2 recuperou os ons Cd2+/CdCl+ e Zn2+ devido a troca inica ser o mecanismo de biossoro predominante. Modificaes qumicas da biomassa com diferentes reagentes foram investigadas a fim de aumentar a sua capacidade de remoo de ons metlicos. Os pr-tratamentos combinados de H3PO4 + NaCl e com soluo CaCl2 mostraram aumento na taxa de remoo pela Egeria densa em aproximadamente 19% para cdmio e 25% para zinco, porque aumentaram a quantidade de ons trocadores (Na+ e Ca2+) ligados aos grupos funcionais, favorecendo o mecanismo de troca inica. A biossoro de cdmio e zinco em coluna de leito fixo utilizando a biomassa pr-tratada com soluo CaCl2 aumentou a capacidade de biossoro e reduziu a zona de transferncia de massa do leito. Estes resultados indicaram que a biomassa Egeria densa comporta-se como um trocador inico na remoo de ons metlicos e as suas propriedades adsortivas podem ser elevadas com pr-tratamentos qumicos que favoream o mecanismo de troca inica.

Abstract: The purpose of this study was to evaluate the cadmium and zinc biosorption by macrophyte Egeria densa and identify the main physical-chemical interactions and biosorption mechanisms involved in the capture of these heavy metals. Experimental tests were performed in batch system for evaluation of kinetics, equilibrium and biosorption mechanisms at different temperatures from mixing 50 mL of mono and bi-component cadium and zinc solution with 0.3 g of biomass in natura and chemically pre-treated with different reagents (acids, bases and salts) and different modes of operation (batch system and fixed bed column). Experiments of biosorption of cadium and zinc at concentrations of 0.5 mequiv L-1 and pH 5.0 were also performed in a fixed bed column using biomass in natura and chemically pre-treated at a temperature of 30C and volumetric flow 2.4 and 6 cm min-1. At all temperatures investigated (30, 40 e 50 C), the equilibrium biosorption time was approximately 15 minutes, but the concenctration of ions removed was higher at 30 C. Weber-Mortis model fitted to kinetic data, which indicated that mono and bi-component biosorption of cadmium and zinc is controled by intraparticle diffusion. In the evaluated temperature, Langmuir isotherm fitted to equilibrium data, with higher maximum removal capacity for cadmium (1.05 mequiv g-1) and zinc (1.17 mequiv g-1) at 30 C. The thermodynamic analysis proved that cadmium and zinc biosorption is a spontaneous, favorable, exothermic, reversible and chemisorption process. Fourier transform Infrared (FTIR) spectra of biomass before and after the biosorption showed that the surface of the biosorbent has functional groups like hydroxyl, carboxyl, amide and phosphate that were responsable to the metalic ions caputre through electrostatic interactions. Thus, it was found that the main biosorption mechanism of Cd2+/CdCl+ e Zn2+ ions was the ion exchange with Ca2+ > Mn2+ > K+ > Na+ bonded to functional groups of the biomass. The cadmium and zinc desorption with CaCl2 eluent solution recovered the Cd2+/CdCl+ and Zn2+ ions because the ion exchange is the predominant biosorption mechanism. Chemical modifications of biomass with different reagents were invistigated in order to increase the removal capacity of metal ions. Pretreatments combined with H3PO4 + NaCl solution and with CaCl2 solution increased the rate of removal of Egeria densa in approximately 19% for cadmium and 25% for zinc, as they increased the amount of exchanger ions (Na+ and Ca2+) connected to the functional groups, favoring the ion exchange mechanism. Cadmium and zinc biosorption in fixed bed column using pre-treated biomass with CaCl2 solution increased the biosorption capacity and reduced the mass transfer zone of the bed. These results indicated that the Egeria densa biomass behaves as an ion exchanger to remove metal ions and its adsorptive properties can be increased with chemical pre-treatments that favor the ion exchange mechanism.
Data da defesa: 19/02/2016
Cdigo: vtls000222887
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2016
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Mauro Antonio da Silva S Ravagnani
Co-Orientador: Prof. Dr. Aparecido Nivaldo Mdenes
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: elaine
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Gustavo-Tese-Verso Final.pdf
Tamanho: 2880 Kb (2949357 bytes)
Criado: 11-07-2016 14:44
Atualizado: 11-07-2016 14:52
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