Registro fonte: Produção e caracterização de carvão ativado a partir de escamas de peixe para remoção de 2,4-D de meios aquosos

Produção e caracterização de carvão ativado a partir de escamas de peixe para remoção de 2,4-D de meios aquosos

The growing use of pesticides has generated a number of serious health and environmental problems in the long term, as they are commonly applied incorrectly on agricultural plantations and in excessive doses. Thus, given their persistent feature, such compounds end up affecting water resources and a...

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Autor principal:	Alberti, Schaline Winck
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Herbicidas Carbono ativado Adsorção Herbicides Carbon, Activated Adsorption CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23912
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id	riut-1-23912
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spelling	riut-1-239122021-01-20T06:10:15Z Produção e caracterização de carvão ativado a partir de escamas de peixe para remoção de 2,4-D de meios aquosos Activated charcoal production and characterization from fish scales for 2,4-D removal from aqueous media Alberti, Schaline Winck Scheufele, Fabiano Bisinella Busso, Cleverson Scheufele, Fabiano Bisinella Coelho, Gustavo Ferreira Almeida, Robson Luciano de Herbicidas Carbono ativado Adsorção Herbicides Carbon, Activated Adsorption CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA The growing use of pesticides has generated a number of serious health and environmental problems in the long term, as they are commonly applied incorrectly on agricultural plantations and in excessive doses. Thus, given their persistent feature, such compounds end up affecting water resources and accumulating in the environment. In general, the available treatments for water treatment plants are not effective enough to remove or degrade such compounds and consequently to mitigate their effects. In this context, currently, there is a great need for the development of efficient and low-cost technologies for the treatment of this type of compound. Amongst the treatment techniques, adsorption processes have high potential, due to the possibility of application to pollutants in low concentrations, which are commonly presented by such compounds in water bodies. With regard to the adsorption technique, most of the costs associated with the process involve the adsorbent material, hence the production of low-cost and effective adsorbent materials for a given purpose is a critical step in the process. In view of this, the objective of this research was to use fish scales as a precursor material for the production of activated carbon in order to apply in the removal of the 2,4-D herbicide from aqueous media. After the production of two activated carbons (pre-carbonized active carbon: PCAC and fish scale in natura activated carbon: CAIN), preliminary tests were performed to evaluate the adsorption capacity as a function of pH (2; 4; 6.5; and 10). Subsequently, for the best activated carbon at the optimal pH condition, adsorption kinetic studies were performed in different initial concentrations (5, 10, 20, 30 and 50 mg/L), in order to obtain equilibrium data; and in different temperatures (30, 40 and 50°C), in order to obtain thermodynamic data, to support the understanding of the mechanisms involved in the process. In addition, the activated carbons were characterized in terms of thermogravimetric analysis (TGA), point of zero charge (pHpcz), infrared spectroscopy with Fourier Transform (FTIR). It was verified that the CAPC at pH 6.5 presented higher adsorption capacity, although it presented adsorption potential in a wide pH range. From the kinetic study, it was observed an equilibrium time of approximately 6 h for the temperature of 30°C and 12 h for 40 and 50°C, and the maximum adsorption capacity (q = 11.49 mg/g) occurred at 30°C. In addition, the equilibrium data were better described by the BET model, which is associated with multilayer adsorption and also with adsorption enthalpy (ΔHads = -39.6 kJ/mol) characteristic of exothermic and physisorption adsorption. In general, the activated carbon produced showed efficiency in removing the herbicide, and desirable characteristics such as versatility over a wide range of pH and mild temperature conditions, which brings practical advantages for use in treatment systems. Thus, based on the results obtained in this work, as well as the residual character and abundance, the activated carbon from the fish scale presents potential for application in the treatment of water and even of industrial effluents containing the 2,4-D. A crescente utilização de agrotóxicos tem gerado uma série de problemas de saúde e ambientais graves a longo prazo, pois estes são comumente aplicados incorretamente nas plantações agrícola e em doses excessivas. Desta forma, dado seu caráter persistente, tais compostos acabam atingindo os recursos hídricos e acumulando-se no ambiente. Em geral, os tratamentos disponíveis nas estações de tratamento de água não são suficientemente eficazes para removê-los ou promover sua degradação e, consequentemente, amenizar seus efeitos. Neste contexto, verifica-se atualmente uma grande necessidade para o desenvolvimento de tecnologias eficientes e de baixo custo para o tratamento deste tipo de composto. Dentre as técnicas de tratamento, processos de adsorção possuem elevado potencial, devido à possibilidade de aplicação para poluentes em baixas concentrações, teores comumente apresentados por tais compostos nos corpos hídricos. No que se refere à adsorção, a maior parte dos custos associados ao processo envolvem o material adsorvente, desta forma, a produção de materiais adsorventes de baixo custo e eficazes para determinado fim é uma etapa crítica do processo. Diante disto, o objetivo desta pesquisa foi empregar escamas de peixe como material percussor para produção de carvão ativado com a finalidade de aplicar na remoção do herbicida 2,4-D de meios aquosos. Após a produção de dois carvões ativados (carvão ativo pré-carbonizado: CAPC e carvão ativado de escama in natura: CAIN) realizou-se testes preliminares para avaliar a capacidade de adsorção em função do pH (2; 4; 6,5; e 10). Posteriormente, para o melhor carvão ativado e na melhor condição de pH realizou-se estudos de cinética de adsorção em diferentes concentrações iniciais (5, 10, 20, 30 e 50 mg/L), visando obter dados de equilíbrio; e temperaturas (30, 40 e 50°C), visando obter dados termodinâmicos, para suportar o entendimento dos mecanismos envolvidos no processo. Além disso, os carvões ativados foram caracterizados em termos de análise termogravimétrica (TGA), ponto de carga zero (pHpcz), espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Verificou-se que o CAPC em pH 6,5 apresentou maior capacidade de adsorção, apesar de ter apresentado potencial de adsorção em uma ampla faixa de pH. A partir do estudo cinético, observou-se um tempo de equilíbrio de aproximadamente 6h para a temperatura de 30°C e 12 h para 40 e 50°C, sendo que a máxima capacidade de adsorção (q = 11,49 mg/g) ocorreu em 30°C. Além disso, os dados de equilíbrio foram melhor descritos pelo modelo de BET, o qual está associado à adsorção em multicamadas e, ainda, a entalpia de adsorção (ΔHads = -39,6 kJ/mol) característico de adsorção exotérmica e fisissorção. De maneira geral, o carvão ativado produzido apresentou eficiência na remoção do herbicida, bem como características desejáveis como, por exemplo, versatilidade em uma ampla faixa de pH e condições brandas de temperatura, o que traz vantagens práticas para emprego em sistemas de tratamento. Desta forma, com base nos resultados obtidos neste trabalho, bem como caráter residual e abundância, o carvão ativado a partir da escama de peixe apresenta potencial para aplicação no tratamento de águas e até de efluentes industriais contendo o 2,4-D. 2021-01-19T19:15:50Z 2021-01-19T19:15:50Z 2019-11-28 bachelorThesis ALBERTI, Schaline Winck. Produção e caracterização de carvão ativado a partir de escamas de peixe para remoção de 2,4-D de meios aquosos. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23912 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Toledo Brasil Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia UTFPR
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description	The growing use of pesticides has generated a number of serious health and environmental problems in the long term, as they are commonly applied incorrectly on agricultural plantations and in excessive doses. Thus, given their persistent feature, such compounds end up affecting water resources and accumulating in the environment. In general, the available treatments for water treatment plants are not effective enough to remove or degrade such compounds and consequently to mitigate their effects. In this context, currently, there is a great need for the development of efficient and low-cost technologies for the treatment of this type of compound. Amongst the treatment techniques, adsorption processes have high potential, due to the possibility of application to pollutants in low concentrations, which are commonly presented by such compounds in water bodies. With regard to the adsorption technique, most of the costs associated with the process involve the adsorbent material, hence the production of low-cost and effective adsorbent materials for a given purpose is a critical step in the process. In view of this, the objective of this research was to use fish scales as a precursor material for the production of activated carbon in order to apply in the removal of the 2,4-D herbicide from aqueous media. After the production of two activated carbons (pre-carbonized active carbon: PCAC and fish scale in natura activated carbon: CAIN), preliminary tests were performed to evaluate the adsorption capacity as a function of pH (2; 4; 6.5; and 10). Subsequently, for the best activated carbon at the optimal pH condition, adsorption kinetic studies were performed in different initial concentrations (5, 10, 20, 30 and 50 mg/L), in order to obtain equilibrium data; and in different temperatures (30, 40 and 50°C), in order to obtain thermodynamic data, to support the understanding of the mechanisms involved in the process. In addition, the activated carbons were characterized in terms of thermogravimetric analysis (TGA), point of zero charge (pHpcz), infrared spectroscopy with Fourier Transform (FTIR). It was verified that the CAPC at pH 6.5 presented higher adsorption capacity, although it presented adsorption potential in a wide pH range. From the kinetic study, it was observed an equilibrium time of approximately 6 h for the temperature of 30°C and 12 h for 40 and 50°C, and the maximum adsorption capacity (q = 11.49 mg/g) occurred at 30°C. In addition, the equilibrium data were better described by the BET model, which is associated with multilayer adsorption and also with adsorption enthalpy (ΔHads = -39.6 kJ/mol) characteristic of exothermic and physisorption adsorption. In general, the activated carbon produced showed efficiency in removing the herbicide, and desirable characteristics such as versatility over a wide range of pH and mild temperature conditions, which brings practical advantages for use in treatment systems. Thus, based on the results obtained in this work, as well as the residual character and abundance, the activated carbon from the fish scale presents potential for application in the treatment of water and even of industrial effluents containing the 2,4-D.
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Produção e caracterização de carvão ativado a partir de escamas de peixe para remoção de 2,4-D de meios aquosos

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