Utilização de materiais a base de biocarbono ativados derivados da semente de tucumã, como adsorventes para remoção de contaminantes emergentes

Abstract

A tese em questão apresenta um artigo científico e uma patente que abordam sobre preparação, caracterização e aplicação de carvões ativados (CAs) desenvolvidos a partir da semente de tucumã (Astrocaryum aculeatum) preparados para adsorção de alguns contaminantes emergentes a partir de soluções aquosas. No artigo científico desenvolvido a partir da semente de tucumã (Astrocaryum aculeatum) foram preparados carvões ativados (CAs) para adsorção de 2-nitrofenol a partir de soluções aquosas. Os CAs foram caracterizados por análise elementar, FTIR, isotermas de adsorção/dessorção de N2, TGA, Hidrofobicidade/Hidrofilicidade, e quantidade total de grupos ácidos e básicos. Os CAs mostraram ter superfícies hidrofílicas e eles apresentaram alta área superficial específica (SBET até 1318 m2 g-1). Nos estudos de otimização dos parâmetros, a remoção máxima foi obtida em pH 7, o tempo de contato foi de 30 min, a dose de adsorvente foi de 1,5 gL-1 e temperatura foi de 50°C. O Modelo Cinético de Ordem Geral e o Modelo de Isoterma de Liu foram os que melhor se ajustaram aos dados experimentais com uma capacidade de adsorção máxima de 1382 mg g-1 a 50°C. O efeito da temperatura e estudos termodinâmicos revelaram que o processo de adsorção do 2-nitrofenol sobre os CAs é dependente da temperatura, a adsorção é exotérmica e ocorre de maneira espontânea. Sobre a aplicabilidade dos CAs para tratamento de efluentes simulados, o carvão ativado de semente de tucumã apresentou um excelente resultado quanto ao tratamento de efluentes simulados, evidenciando sua alta eficiência para adsorção de compostos fenólicos. Os carvões ativados de sementes tucumã mostraram-se eficazes e altamente eficientes para remoção eficiente de 2-nitrofenol a partir de soluções aquosas. Em relação à patente desenvolvida, foram preparados três carvões ativados da semente de tucumã juntamente com cloreto de níquel, o que acarretou CAs com propriedades magnéticas e alta área superficial. A patente descreve a caracterização destes materiais com área superficial específica que variaram de 1132 a 775 m2 g-1. A saturação de magnetização alcançou valores Ms= 7,14, 8,29, 13,29 emu g-1 para os materiais, caracterizando uma alta magnetização. As isotermas de adsorção/dessorção de N2 indicaram que as amostras dos carvões magnéticos de tucumã (CMT) apresentam estruturas porosas formadas por microporos e mesoporos. Além disso, os materiais apresentaram alto teor de carbono em sua composição e foram caracterizados como hidrofílicos. Sendo assim, os novos materiais se mostraram altamente eficazes para a remoção de contaminantes orgânicos emergentes de efluentes aquosos.

This thesis consists of one scientific paper and one patent addressing the preparation, characterization, and application of activated charcoal (CAs) developed from the seed of tucumã (Astrocaryum aculeatum) prepared for the adsorption of some contaminants emerging from aqueous solutions. Activated carbons (ACs) prepared from tucumã seed (Astrocaryum aculeatum) were used for 2-nitrophenol removal from aqueous solutions. The activated carbons were characterized by elemental analysis, FTIR, N2 adsorption/desorption isotherms, TGA, hydrophobicity/hydrophilicity balance, and a total of acidic and basic groups. The ACs showed to have hydrophilic surfaces, and they presented high specific surface areas (up to 1318 m2g-1). In batch optimization studies, maximum removal was obtained at pH 7, contact time of 30 min, adsorbent dosage 1.5 g L-1, and temperature of 50°C. General-order kinetic model and Liu isotherm model best fit the kinetic and equilibrium adsorption data with a maximum adsorption capacity of 1382 mg g-1 at 50°C. The effect of temperature and thermodynamic studies revealed that the adsorption processes of 2-nitrophenol onto ACs are dependent on temperature and are exothermic and spontaneous, respectively. Concerning the applicability of the ACs for treating simulated effluents, the tucumã seed activated carbon showed an excellent outcome in treating simulated effluents, evidencing its high efficiency for phenolic compound adsorption. Tucumã seed activated carbons showed to be cost-effective and highly efficient adsorbents for efficient removal of 2-nitrophenol from aqueous solutions. Concerning the patent developed, the preparation of three new activated carbons was made of magnetic properties and high surface area. The patent describes materials' characterization with surface area specifies that ranged from 1132 to 775 m2 g-1. The saturation of magnetization reached values Ms= 7.14, 8.29, 13.29 mu g-1 for the materials, characterizing a high magnetization. The adsorption/desorption isotherms of N2 indicated that samples of the magnetic-activated carbons feature porous structures formed by micropores and mesopores. Also, the materials presented high content of carbon in their composition and were characterized as hydrophilic. Thus, the new materials proved highly useful for the removal of organic contaminants arising from aqueous effluent.