Aproveitamento de biomassa residual vegetal e híbridos orgânicos e inorgânicos para a remoção de poluentes orgânicos

Abstract

Esta tese consiste em três artigos científicos, sendo os dois primeiros anexos sobre o preparo, caracterização e aplicação de carvões ativos no tratamento de soluções aquosas com contaminantes orgânicos e o terceiro anexo sobre a aplicação de um adsorvente híbrido de tanino e APTES a remoção de corante vermelho ácido 1. No primeiro artigo (anexo 1), foi produzido um carvão ativo de caroço de abacate (ASAC) sintetizado através do processo de aquecimento por micro-ondas usando ZnCl2como agente ativante. O carvão ASAC foi caracterizado utilizando-se as técnicas analíticas, isotermas de N2, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A área superficial do carvão ASAC foi de 1.432 m2 g – 1. O ASAC preparado foi utilizado para adsorção de resorcinol e 3- aminofenol a partir de soluções aquosas. Modelos cinéticos são pseudo-primeira ordem, pseudo-segundo ordem, e ordem fraccionária Avrami e isotermas (Freundlich, Langmuir, e Liu) foram aplicadas aos dados experimentais de adsorção. Os resultados demonstram capacidade máxima de adsorção para resorcinol (406,9 mg g – 1) e 3- aminofenol (454,5 mg g – 1) a 50 ° C. No segundo artigo (anexo 2), foram preparados carvões ativos de caroço de abacate por pirólise convencional. Com a finalidade de determinar a melhor condição para a produção desses carvões, foi empregado um experimento fatorial completo (DOE) com três pontos centrais variando a temperatura e o tempo de pirólise Os dois fatores avaliados (temperatura e tempo de pirólise) influenciaram fortemente os valores de SBET, volume de poros, razão hidrofobicidade – hidrofilicidade (HI) e grupos funcionais. O carvão ativado produzido apresentou alta área superficial na faixa de 1122-1584 m2 g − 1. A caracterização da superfície revelou que os carbonos ativados por sementes de abacate (ASACs) possuem superfícies hidrofílicas e possuem grupos predominantemente ácidos em suas superfícies. Os ASACs preparados foram empregados na adsorção de 25 compostos orgânicos emergentes, como 10 fármacos e 15 compostos fenólicos que apresentaram altos valores de captação para todos os poluentes emergentes. No terceiro artigo (anexo 3), foram preparados adsorventes híbridos pela reação de tanino com diferentes quantidades de 3- aminopropiltrietoxissilano (APTES). Os materiais foram caracterizados por MEV, TEM, FTIR, CHN, isotermas de adsorção / dessorção de N2 e sorção de vapor (adsorção de água e n-heptano - para determinação da razão hidrofobicidade - hidrofilicidade). Os materiais modificados foram utilizados como adsorventes para a remoção do corante ácido vermelho 1 (AR-1) das soluções. Para os experimentos de adsorção, as melhores condições experimentais foram alcançadas em pH 2,0, tempo de contato de 8 h e a 50 ° C. Os dados de adsorção cinética e de equilíbrio foram bem representados pela isoterma de Liu e Modelos cinéticos de ordem geral, respectivamente. A capacidade máxima de adsorção de 418,3 mg g − 1 foi obtida em 50 0 C para um material tanino-APTES com proporção de 1: 1 (Tan-Ap-1.0). Com base em dados experimentais, verificou-se que interações eletrostáticas e ligações de hidrogênio entre o adsorvente e o corante AR-1 desempenharam o papel mais importante no processo de adsorção.

This thesis consists of three scientific articles, the first two annexes on the preparation, characterization and application of active coals in the treatment of aqueous solutions with organic contaminants and the third appendix on the application of a hybrid tannin adsorbent and APTES the dye removal. In the first article, an active avocado char (ASAC) synthesized through the microwave heating process was produced using ZnCl2 as the activating agent. The ASAC coal was characterized using analytical techniques, N2 isotherms, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The surface area of the ASAC coal was 1,432 m2 g – 1.The prepared ASAC was used for adsorption of resorcinol and 3-aminophenol from aqueous solutions. Kinetic models are pseudo-first order, pseudo-second order, and fractional order Avrami and isotherms (Freundlich, Langmuir, and Liu) were applied to experimental adsorption data. The results showed maximum adsorption capacity for resorcinol (406.9 mg g -1) and 3 - aminophenol (454.5 mg g -1) at 50 ° C. In the second article, active carbons of avocado seed were prepared by conventional pyrolysis. In order to determine the best condition for the production of these coals, a complete factorial experiment (DOE) with three central points was used, varying the temperature and the pyrolysis time. The two factors evaluated (temperature and pyrolysis time) strongly influenced SBET, pore volume, hydrophobicity - hydrophilicity (HI) ratio and functional groups The activated carbon produced high specific surface areas in the range of 1122-1584 m2 g -1. Surface characterization revealed that the activated carbon by avocado seeds (ASACs) have hydrophilic surfaces and have predominantly acidic groups on their surfaces. The ASACs prepared were used in the adsorption of 25 emerging organic compounds, such as 10 drugs and 15 phenolic compounds that showed high uptake values for all emerging pollutants. In the third article, hybrid adsorbents were prepared by the reaction of tannin with different amounts of 3- aminopropyltriethoxysilane (APTES). The materials were characterized by MEV, TEM, FTIR, CHN, adsorption / desorption isotherms of N2 and vapor sorption (water adsorption and n-heptane - to determine hydrophobicity - hydrophilicity ratio).The modified materials were used as adsorbents for the removal of the red acid dye 1 (AR-1) from the solutions. For the adsorption experiments, the best experimental conditions were reached at pH 2.0, contact time 8 H and 50 ° C. The kinetic and equilibrium adsorption data were well represented by the Liu isotherm and kinetic models of general order, respectively. The maximum adsorption capacity of 418.3 mg g - 1 was obtained at 50 ° C for 1: 1 tannin - APTES material (Tan - Ap - 1.0). Based on experimental data, it was verified that electrostatic interactions and hydrogen bonds between the adsorbent and the AR-1 dye played the most important role in the adsorption process.