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Preparo e caracterização de fibras adsorventes de íons Cu (II) à base de Eudragit® L100 via processo de eletrofiação

Many environmental and health problems are caused by toxic metal pollution in wastewater. One of these metals is the copper, and its accumulation in the human body can cause serious consequences. Various technologies have been developed for the treatment and removal of these metals, being the adsorp...

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Autor principal: Silva, Ana Beatriz da
Formato: Dissertação
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:
Compostos poliméricos
Eletrofiação
Fibras
Adsorção
Íons metálicos
Águas residuais
Polymeric composites
Electrospinning
Fibers
Adsorption
Metal ions
Sewage
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25390
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spelling riut-1-253902021-06-25T06:04:18Z Preparo e caracterização de fibras adsorventes de íons Cu (II) à base de Eudragit® L100 via processo de eletrofiação Preparation and characterization of adsorbent fibers of Cu (II) ions based on Eudragit® L100 via electrospinning process Silva, Ana Beatriz da Martins, Alessandro Francisco https://orcid.org/0000-0003-1002-3436 http://lattes.cnpq.br/6465172583349458 Garcia, Patrícia Salomão http://lattes.cnpq.br/7407591269382580 Martins, Alessandro Francisco https://orcid.org/0000-0003-1002-3436 http://lattes.cnpq.br/6465172583349458 Bezerra, Fabricio Maesta https://orcid.org/0000-0003-1781-7845 http://lattes.cnpq.br/3677722947241175 Santos Júnior, Oscar de Oliveira https://orcid.org/0000-0002-9631-8480 http://lattes.cnpq.br/1330939521944829 Compostos poliméricos Eletrofiação Fibras Adsorção Íons metálicos Águas residuais Polymeric composites Electrospinning Fibers Adsorption Metal ions Sewage CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA Engenharia/Tecnologia/Gestão Many environmental and health problems are caused by toxic metal pollution in wastewater. One of these metals is the copper, and its accumulation in the human body can cause serious consequences. Various technologies have been developed for the treatment and removal of these metals, being the adsorption one of the most promising. To occur the adsorption process, it is necessary to use an adsorbent material. The adsorption is favored as the adsorbent presents large surface area. Thus, the use of fibers for adsorption can favor this process. Fibers can be developed in several ways, highlighting the electrospinning process that is considered of easy access and used in the development of thin fibers. For the development of fibers, this work used Eudragit® L100, an anionic copolymer derived from acrylic acid and methyl ester of methacrylic acid, and the solvents dimethylformamide (DMF) and ethanol (ETOH). The electrospinning process was optimized through factorial planning 22 of independent variables, with three repetitions at the central point. The experimental condition that promoted the smallest fiber diameter in the factorial design was 14% w/v Eudragit® L100 in solution, using 80% v/v ETOH (condition E14 (ETOH80)) in an ETOH / DMF mixture. This condition promoted thin fibers with an average diameter of 259 ± 53 nm. The fibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), the Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR) and thermal analysis (DSC). Expansion and stability studies against dissolution in water have also been carried out. After the optimization of the process, adsorption studies were carried out toward Cu(II) ions. For the kinetic study, the model that best fitted the experimental data was the pseudo-second order. The fibers showed a maximum adsorption capacity (qe) of approximately 40 mg g-1 . A adsorption/desorption cycle confirmed that the fibers can be reused. Antimicrobial activity tests were also carried out. The Eudragit ® L100 fibers containing copper ions (sample E14/Cu) showed bacteriostatic activity against Pseudomonas aeruginosa (Gram-negative) and Staphylococcus aureus (Gram-positive). For the first time, the electrospinning process was optimized to obtain fibers based on Eudragit® L100, using the solvents dimethylformamide (DMF) and ethanol (ETOH), for use as a potential adsorbent for Cu (II) ions in aqueous media. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Muitos problemas ambientais e de saúde são causados pela poluição por metais tóxicos em águas residuárias. Um desses metais é o cobre, e seu acumulo no organismo humano pode causar sérias consequências. Várias tecnologias têm sido desenvolvidas para o tratamento e remoção desses metais, sendo um dos mais promissores a adsorção. Para que ocorra o processo de adsorção é necessário à utilização de um material adsorvente. Quanto maior sua área superficial, melhor será a eficácia de adsorção. Assim, a utilização de fibras para a adsorção, pode favorecer esse processo. As fibras podem ser desenvolvidas de várias formas, dando destaque para o processo de eletrofiação que é considerado de fácil acesso e usado no desenvolvimento de fibras finas. Para o desenvolvimento de fibras, neste trabalho foi utilizado o Eudragit® L100, um copolímero aniônico derivado do ácido acrílico e éster metílico do ácido metacrílico, e os solventes dimetilformamida (DMF) e etanol (ETOH). O processo de eletrofiação foi otimizado por meio de um planejamento fatorial 22 de variável independente, com três repetições no ponto central. A condição experimental que promoveu o menor diâmetro de fibra no planejamento fatorial foi 14% m/v de Eudragit® L100 em solução, usando 80% v/v de ETOH (condição E14(ETOH80)) em uma mistura ETOH/DMF. Esta condição promoveu fibras finas com diâmetro médio de 259 ± 53 nm. As fibras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho no modo refletância total atenuada (FTIR-ATR) e análise térmica (DSC). Também foram realizados estudos de intumescimento e estabilidade contra dissolução em água. Após a otimização do processo foi realizado estudos de adsorção de íons Cu (II). Para o estudo cinético, o modelo que melhor se ajustou aos dados experimentas foi o de pseudo-segunda ordem. As fibras apresentaram capacidade máxima de adsorção (qe) de aproximadamente 40 mg g-1 . Um ciclo de adsorção/dessorção confirmou que as fibras podem ser reutilizadas. Testes de atividade antimicrobiana também foram realizados. A fibra de Eudragit® L100 contendo íons cobre(II) adsorvidos (amostra E14/Cu) apresentou atividade bacteriostática contra Pseudomonas aeruginosa (bactéria Gram-negativa) e Staphylococcus aureus (bactéria Gram-positiva). Pela primeira vez, foi otimizado o processo de eletrofiação para a obtenção de fibras à base de Eudragit L100, utilizando os solventes dimetilformamida (DMF) e etanol (ETOH), para a utilização como potencial adsorvente de íons Cu(II) em meio aquoso. 2021-06-24T23:02:37Z 2021-06-24T23:02:37Z 2021-02-18 masterThesis SILVA, Ana Beatriz da. Preparo e caracterização de fibras adsorventes de íons Cu (II) à base de Eudragit® L100 via processo de eletrofiação. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25390 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Londrina Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental UTFPR
institution Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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Silva, Ana Beatriz da
Preparo e caracterização de fibras adsorventes de íons Cu (II) à base de Eudragit® L100 via processo de eletrofiação
description Many environmental and health problems are caused by toxic metal pollution in wastewater. One of these metals is the copper, and its accumulation in the human body can cause serious consequences. Various technologies have been developed for the treatment and removal of these metals, being the adsorption one of the most promising. To occur the adsorption process, it is necessary to use an adsorbent material. The adsorption is favored as the adsorbent presents large surface area. Thus, the use of fibers for adsorption can favor this process. Fibers can be developed in several ways, highlighting the electrospinning process that is considered of easy access and used in the development of thin fibers. For the development of fibers, this work used Eudragit® L100, an anionic copolymer derived from acrylic acid and methyl ester of methacrylic acid, and the solvents dimethylformamide (DMF) and ethanol (ETOH). The electrospinning process was optimized through factorial planning 22 of independent variables, with three repetitions at the central point. The experimental condition that promoted the smallest fiber diameter in the factorial design was 14% w/v Eudragit® L100 in solution, using 80% v/v ETOH (condition E14 (ETOH80)) in an ETOH / DMF mixture. This condition promoted thin fibers with an average diameter of 259 ± 53 nm. The fibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), the Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR) and thermal analysis (DSC). Expansion and stability studies against dissolution in water have also been carried out. After the optimization of the process, adsorption studies were carried out toward Cu(II) ions. For the kinetic study, the model that best fitted the experimental data was the pseudo-second order. The fibers showed a maximum adsorption capacity (qe) of approximately 40 mg g-1 . A adsorption/desorption cycle confirmed that the fibers can be reused. Antimicrobial activity tests were also carried out. The Eudragit ® L100 fibers containing copper ions (sample E14/Cu) showed bacteriostatic activity against Pseudomonas aeruginosa (Gram-negative) and Staphylococcus aureus (Gram-positive). For the first time, the electrospinning process was optimized to obtain fibers based on Eudragit® L100, using the solvents dimethylformamide (DMF) and ethanol (ETOH), for use as a potential adsorbent for Cu (II) ions in aqueous media.
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