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Remoção de arsênio de águas para consumo humano utilizando-se um bioadsorvente preparado a partir de bagaço de cana.
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1030064
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Gurgel, Leandro Vinícius Alves | - |
| Autor(es): dc.contributor | Xavier, Amália Luísa Pedrosa | - |
| Autor(es): dc.contributor | Gurgel, Leandro Vinícius Alves | - |
| Autor(es): dc.contributor | Xavier, Amália Luísa Pedrosa | - |
| Autor(es): dc.contributor | Santiago, Aníbal da Fonseca | - |
| Autor(es): dc.contributor | Soares, Liliane Catone | - |
| Autor(es): dc.contributor | Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'Anna | - |
| Autor(es): dc.contributor | Herrera Adarme, Oscar Fernando | - |
| Autor(es): dc.creator | Maia, Luisa Cardoso | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2025-08-21T16:01:01Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2025-08-21T16:01:01Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2025-04-25 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2021 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/20101 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1030064 | - |
| Descrição: dc.description | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto. | - |
| Descrição: dc.description | A contaminação de águas para consumo humano por arsênio é um grave problema de saúde pública que afeta milhões de pessoas em todo o mundo. O presente trabalho visa sintetizar e aplicar um novo bioadsorvente (BTEA) produzido a partir da modificação química de bagaço de cana-de-açúcar (BC) com epicloridrina (EPI) e trietilamina (TEA) em presença de N,N- dimetilformamida (DMF) para remoção de arsênio de águas para consumo humano. A síntese foi realizada em duas etapas consecutivas (reação de eterificação e aminação) por meio de uma reação one-pot. Uma otimização multivariada foi empregada para determinação da condição experimental ótima de síntese usando planejamento experimental Doehlert. As condições ótimas de síntese foram validadas em laboratório, produzindo-se o bioadsorvente em grande quantidade (BTEA-GQ) por meio da seguinte condição experimental: 10,5 g de BC, 210 mL de DMF, 135 mL de EPI e 230 mL de TEA a 100 oC, obtendo-se um valor de ganho de massa de 27 ± 2%. O BTEA-GQ foi caracterizado por análise elementar, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 13C no estado sólido, análise termogravimétrica, difração de raios-X, área superficial específica, distribuição de tamanho de poros e pH do ponto de carga zero (pHPCZ), comprovando a efetividade da reação de modificação química pela introdução de grupos amônio quaternário na superfície do BC. Os teores de carbono, hidrogênio, nitrogênio e cloro para o BTEA-GQ foram de 44,9 ± 0,1%, 6,78 ± 0,06%, 1,485 ± 0,007% e 4,2 ± 0,01%, respectivamente. O BTEA-GQ apresentou um pHPCZ de 7,28 ± 0,02, indicando a melhor faixa de pH para adsorção de As(V) por interação eletrostática. O adsorvente foi utilizado para remoção de arsênio de solução aquosa, com valor de pH ótimo igual a 7,0, característico de águas doces. A cinética de adsorção monocomponente foi bem descrita pelo modelo de difusão de superfície homogênea, apresentando um tempo de equilíbrio de 20 min. Os dados de equilíbrio de adsorção foram modelados com os modelos de Langmuir, Freundlich, Sips e Dubinin-Radushkevich. A adsorção de As(V) em BTEA-GQ ocorreu por troca iônica, cujo processo foi endotérmico e entropicamente dirigido. Os estudos de adsorção monocomponente em coluna de leito fixo mostraram que o BTEA-GQ apresentou bom desempenho na adsorção do As(V) em modo contínuo, alcançando-se capacidades de adsorção (0,48 ± 0,02 mmol g-1) semelhantes à observada no sistema de batelada (0,53 ± 0,01 mmol g-1). As curvas de ruptura foram bem descritas pelos modelos de Thomas e Bohart-Adams, com R 2 > 0,95. Os estudos de adsorção multicomponente em batelada mostraram que o íon SO4 2- foi adsorvido preferencialmente pelo BTEA-GQ. No entanto, o estudo de adsorção em batelada realizado com água contaminada mostrou que o adsorvente foi capaz de remover praticamente todo arsênio contido na água mesmo na presença de fortes competidores como o SO4 2-. Na operação em modo contínuo, observou-se o fenômeno de “overshooting”, que provavelmente se deve à presença de íons SO4 2- na amostra de água. Os estudos de dessorção em batelada e em modo contínuo comprovaram que o BTEA-GQ pode ser eficientemente regenerado, reduzindo os custos da operação de adsorção e favorecendo o escalonamento da tecnologia proposta. Foi possível avançar consideravelmente no nível de maturidade da tecnologia proposta por meio do aumento de escala de produção do bioadsorvente por meio da síntese em reator de aço inox com volume total de 16 L, mostrando que o processo é exequível. Portanto, os resultados indicaram o potencial do BTEA como bioadsorvente para o tratamento de água. | - |
| Descrição: dc.description | Arsenic contamination of drinking water is a serious public health problem that affects millions of people around the world. This study aimed to synthesize and apply a new adsorbent (BTEA) from chemically modified sugarcane bagasse (SB) with epichlorohydrin (EPI) and triethylamine (TEA) in the presence of N,N-dimethylformamide (DMF) to remove arsenic from drinking water. The synthesis was performed in two consecutive steps (etherification and amination reaction) by a one-pot reaction. A multivariate optimization was employed to determine the optimum synthesis condition using the Doehlert Experimental Design. The optimum conditions were validated, producing the bioadsorbent on larger scale (BTEA-LS) through the following conditions: 10.5 g of SB, 210 mL of DMF, 135 mL of EPI, and 230 mL of TEA at 100 oC, obtaining a weight gain of 27 ± 2%. BTEA was characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, 13C solid-state nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, specific surface area, pore size distribution, and point of zero charge pH (pHPZC), proving the effectiveness of the chemical modification reaction by the introduction of quaternary ammonium groups on the SB surface. The contents of carbon, hydrogen, nitrogen, and chloride in BTEA-LS were 44.9 ± 0.1%, 6.78 ± 0.06%, 1.485 ± 0.007%, and 4.2 ± 0.01%, respectively. BTEA-LS presented a pHPZC of 7.28 ± 0.02, indicating the best range of pH for adsorption of As(V) by electrostatic interaction. The bioadsorbent was used to remove As(V) from aqueous solution with an optimum pH of 7.0, which is characteristic of drinking water. Monocomponent adsorption kinetics was well described by the homogeneous surface diffusion model, with an equilibrium time of 20 min. The adsorption equilibrium data were modeled with the Langmuir, Freundlich, Sips, and Dubinin-Radushkevich models. The adsorption of As(V) on BTEA-LS occurred by ion exchange, whose process was endothermic and entropically driven. Monocomponent adsorption studies in a fixed-bed column showed that the BTEA-LS presented high As(V) adsorption performance in continuous mode, reaching adsorption capacities (0.48 ± 0.02 mmol g -1) close to those observed in batch system (0.53 ± 0.01 mmol g-1). Breakthrough curves were well described by the Thomas and Bohart-Adams models, with R 2 > 0.95. Batch multicomponent adsorption studies showed that the SO4 2- ion was preferentially adsorbed by BTEA-GQ. However, the batch adsorption study carried out with contaminated water showed that the bioadsorbent was able to remove practically all arsenic present in the water even in the presence of strong competitors such as SO4 2-. In continuous mode operation, the phenomenon of “overshooting” was observed, which is probably due to the presence of SO4 2- ions in the water sample. Batch and continuous desorption studies proved that the BTEA-LS can be efficiently regenerated, reducing the costs of the adsorption operation, and favoring the upscaling of the proposed technology. It was possible to advance considerably the level of maturity of the proposed technology by the production of the bioadsorbent on a larger scale through the synthesis in a stainless-steel reactor with a total volume of 16 L, showing that the process is technically feasible. Therefore, the obtained results indicated the potential of BTEA as a bioadsorbent for water treatment. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Idioma: dc.language | pt_BR | - |
| Direitos: dc.rights | aberto | - |
| Direitos: dc.rights | Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 28/02/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação. | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Água - purificação - remoção de arsênio | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Adsorção | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Biomassa lignocelulósica | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Biomassa - bagaço de cana | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Arsênio | - |
| Título: dc.title | Remoção de arsênio de águas para consumo humano utilizando-se um bioadsorvente preparado a partir de bagaço de cana. | - |
| Tipo de arquivo: dc.type | livro digital | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional - UFOP | |
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