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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Remoo de flor utilizando adsorventes comerciais e um novo material sintetizado base de grafeno
Ttulo [EN]: Fluoride removal onto commercial adsorbents and a new adsorbent material synthesized based on graphene
Autor(es): Pricila Marin
Palavras-chave [PT]:

Controle de poluio. Remoo de flor da gua. Adsoro. gua. Flor. Tratamento residuais. Sntese de grafeno. Resina. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Adsorption. Fluoride. Graphene. Composite. Activated alumina. Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Paulo Roberto Paraso [Orientador] - UEM
Rosngela Bergamasco - UEM
Aparecido Nivaldo Mdenes
Leila Denise Fiorentin Ferrari
Leticia Nishi
Marcelo Fernandes Vieria
Resumo:
Resumo: Visando contribuir para o tratamento de guas contaminadas com excesso de ons fluoreto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a remoo de flor pelo processo de adsoro em sistema batelada e em coluna de leito fixo. Foram utilizados dois materiais comerciais (Alumina Ativada Defluorizadora, AAD, e Resina DowexTM Marathon A, RMA) e um sintetizado base de grafeno. Primeiramente, xido de grafeno reduzido foi sintetizado, funcionalizado com partculas de ZrCl4 e suportado em carvo ativado de origem vegetal, resultando no compsito G-ZrCl4/CAV. O material foi caracterizado utilizando tcnicas de microscopia eletrnica de varredura (MEV) e de transmisso (MET), fisissoro de N2 pelos mtodos BET e BJH, difrao de raios-x (DRX), espectroscopias de absoro na regio do infravermelho (FTIR), de energia dispersiva (EDX) e Raman. A remoo de flor em sistema batelada foi avaliada sob diferentes condies de pH (2 a 12), velocidade de agitao (70, 100, 130 e 160 rpm) e temperatura (20, 30, 40 e 50 C). Em sistema de leito fixo, as curvas de ruptura foram obtidas em diferentes condies de concentrao da soluo e vazo de alimentao da coluna. Os resultados da caracterizao do G-ZrCl4/CAV mostram que o material sintetizado apresenta propriedades favorveis para utilizao como adsorvente de ons fluoreto. Os testes de adsoro em batelada indicam que, dentre as condies experimentais avaliadas, os trs materiais apresentaram melhores resultados em pH 2, agitao de 130 rpm e temperatura de 30 C. O equilbrio do sistema foi atingido em 5 horas para o G-ZrCl4/CAV e 4 horas para a AAD e a RMA. O modelo cintico de pseudoprimeira ordem foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais do G-ZrCl4/CAV, enquanto para a AAD e a RMA, os dados foram melhores descritos pelo modelo de pseudossegunda ordem. A isoterma de Langmuir foi a que melhor representou os dados experimentais de equilbrio, apresentando capacidades mximas de adsoro de 3,90 mg g-1, 1,57 mg g-1 e 26,83 mg g-1 para o G-ZrCl4/CAV, a AAD e a RMA, respectivamente. O estudo termodinmico indicou que o processo acontece de forma espontnea para os trs materiais e sugere que a adsoro de flor pelo G-ZrCl4/CAV, pela AAD e pela RMA um processo exotrmico. Em sistema de leito fixo, dentre as condies avaliadas, observou-se que os melhores resultados foram obtidos quando se trabalhou com as solues de flor mais concentradas e maiores vazes de alimentao. As capacidades de adsoro alcanadas foram consideravelmente superiores s obtidas no processo em batelada, apresentando valores de 41,80 mg g-1, 21,63 mg g-1 e 53,38 mg g-1 para o G-ZrCl4/CAV, a AAD e a RMA, respectivamente. Tais resultados indicam que a RMA possui a maior capacidade de remoo do flor tanto em batelada quanto em colunas de leito fixo. Com base nos resultados obtidos para os dois tipos de processo, os materiais apresentaram excelentes capacidades de adsoro de flor quando comparados a outros adsorventes disponveis na literatura, demonstrando, assim, a viabilidade da utilizao destes materiais na remoo de ons fluoreto para o tratamento de gua para consumo humano.

Abstract: In order to contribute to treatment of water contaminated with excess fluoride ions, the aim of this study is to evaluate the fluoride removal by adsorption process in batch system and in fixed bed column. Two commercial materials (Activated Alumina, AAD, and DowexTM Marathon A resin, RMA) and another synthesized based on graphene were used. Firstly, reduced graphene oxide was synthesized, functionalized with ZrCl4 particles and supported on activated carbon of vegetable origin, resulting in the G-ZrCl4/CAV composite. The material was characterized using scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy, N2 physisorption by BET and BJH methods, X-ray diffraction (XRD), Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR), energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) and Raman spectroscopy. Fluoride removal in batch system was evaluated under different conditions of pH (2 - 12), agitation (70, 100, 130 and 160 rpm) and temperature (20, 30, 40 and 50 C). In a fixed bed system, the breakthrough curves were obtained at different conditions of solution concentration and feed flow rate. The results of G-ZrCl4/CAV characterization prove that the material synthesized has favorable properties for use as an adsorbent of fluoride ions. The batch adsorption tests indicate that among the evaluated conditions, all materials presented the best results at pH 2, agitation of 130 rpm and 30 C of temperature. The equilibrium of the system was reached in 5 hours for G-ZrCl4/CAV and 4 hours for AAD and RMA. The pseudo-first order kinetic model was the one that best described the kinetic data of G-ZrCl4/CAV, while for AAD and RMA, the kinetic data were better described by pseudo-second order model. The Langmuir isotherm was the one that best represented the equilibrium experimental data, presenting maximum adsorption capacities of 3.90 mg g-1, 1.57 mg g-1 and 26.83 mg g-1 for G-ZrCl4/CAV, AAD and RMA, respectively. The thermodynamic study indicated that the process occurs spontaneously for the three materials and suggests that the fluoride adsorption by G-ZrCl4/CAV, AAD and RMA is an exothermic process. In the fixed bed system, among the conditions evaluated, it was observed that the best results were obtained when working with the more concentrated fluoride solutions and the higher flow rates. The adsorption capacities achieved in fixed bed were considerably higher than those obtained in the batch process with values equal to 41.80 mg g-1, 21.63 mg g-1 e 53.38 mg g-1 for G-ZrCl4/CAV, AAD and RMA, respectively. These results indicate that RMA has the highest fluoride removal capacity both in batch and in fixed bed columns. Based on the results obtained for the two types of process, the materials presented excellent fluorine adsorption capacities when compared to other adsorbents available in the literature, thus demonstrating the feasibility of using these materials in the fluoride removal for treatment of water intended for human consumption.
Data da defesa: 17/02/2017
Cdigo: vtls000226282
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2017
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Paraso
Co-Orientador: Prof. Dr. Rosngela Bergamasco
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: edson
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese_Pricila_Marin.pdf
Tamanho: 3943 Kb (4038033 bytes)
Criado: 13-07-2017 17:34
Atualizado: 13-07-2017 17:40
Visitas: 494
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