Registro fonte: Biossorção do corante Amarelo Reafix B8G a partir do bagaço de malte em batelada e sistema contínuo: avaliação experimental e simulação fluidodinâmica computacional

Biossorção do corante Amarelo Reafix B8G a partir do bagaço de malte em batelada e sistema contínuo: avaliação experimental e simulação fluidodinâmica computacional

The objective of this work was the evaluation of malt bagasse as a biosorbent in the removalof Reafix B8G Yellow dye. Experimental batch tests, continuous system and computational fluid dynamics simulation (CFD) were performed. The biosorbent was characterized by the determination of the mean partic...

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Autor principal:	Silva, Bruna Cassia da
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2019
Assuntos:	Indústria têxtil Corantes e tingimento Resíduos industriais Equilíbrio químico Fluidodinâmica computacional Textile industry Dyes and dyeing Factory and trade waste Chemical equilibrium Computational fluid dynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Engenharia Química
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4040
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spelling	riut-1-40402019-04-30T06:00:41Z Biossorção do corante Amarelo Reafix B8G a partir do bagaço de malte em batelada e sistema contínuo: avaliação experimental e simulação fluidodinâmica computacional Biosorption Yellow Reafix B8G dye by malt bagasse in batch and continuous system: experimental evaluation and computational fluid dynamics simulation Silva, Bruna Cassia da Pietrobelli, Juliana Martins Teixeira de Abreu http://lattes.cnpq.br/7261115658729291 Matos, Everton Moraes http://lattes.cnpq.br/3862730184197182 Gomes, Helder Teixeira Ribeiro, Mauricio Aparecido Matos, Everton Moraes Pietrobelli, Juliana Martins Teixeira de Abreu Indústria têxtil Corantes e tingimento Resíduos industriais Equilíbrio químico Fluidodinâmica computacional Textile industry Dyes and dyeing Factory and trade waste Chemical equilibrium Computational fluid dynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Engenharia Química The objective of this work was the evaluation of malt bagasse as a biosorbent in the removalof Reafix B8G Yellow dye. Experimental batch tests, continuous system and computational fluid dynamics simulation (CFD) were performed. The biosorbent was characterized by the determination of the mean particle diameter, point of zero charge, morphology by scanning electron micrograph, functional groups by Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) and specific surface area by N2 fisisorption. The batch tests were performed under different operating conditions (pH, mean particle size, contact time, initial concentration and temperature). The dye recovery was evaluated by batch desorption using different eluents. Continuous biosorption occurred in a fixed bed column and was evaluated through the breakthrough curves and the mass transfer parameters obtained under different operating conditions (flow and concentration). Finally, for the CFD simulation, a model integrated to the ANSYS Fluent 19.0 commercial code was implemented. This model was composed of equations describing biosorption, which includes: mass balance in the liquid phase, solid phase (diffusive kinetic model of resistance to internal mass transfer) and equilibrium between phases (adsorption isotherm). These equations, together with the equations associated with fluid flow, were solved. This allowed to obtain simulated breakthrough curves and dye concentration profiles in the bed, under the same experimental conditions and parameters. Among the characterizations, the FTIR technique showed a possible mechanism of biosorption associated with dye adsorption at the active sites of the hydroxyl (OH) groups of the biosorbent cellulose. The batch evaluation showed equilibrium time less than 24 hours, for all the evaluated temperatures. And the best percentages of removal were achieved for lower concentration ranges. Regarding the temperature, both the evaluation of the contact time and the concentration, there was evidence of an optimum temperature (30 °C). The kinetics was better represented by the pseudo-second order model and showed a fisisorption process, with activation energy of 24.10 kJ mol-1. The biosorption equilibrium was best represented by the Langmuir-BET combined isotherm, which indicates that the adsorption can occur by a monolayer and superimposed multilayers process. The adsorption thermodynamics were evaluated for each of these steps, which presented a spontaneous, exothermic and increased disorder in the solid/solution interface. With respect to the desorption, the recovery of a high percentage of dye (94%) was verified, using ethyl alcohol as eluent. The biosorption in continuous system presented removal capacity superior to the batch removal, with the breakthrough curves strongly influenced by the operating conditions. In the fluid dynamics simulations, it was possible to verify that the integrated model could demonstrate the saturation of the bed. However, the simulated breakthrough curves showed different behavior of the experimental curves, possibly due to the lack of mass transfer resistance effects. Based on the experimental results, it is possible to affirm that malt bagasse presents a significant capacity to treat wastewaters containing the reactive yellow dye. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este trabalho teve por objetivo a avaliação do bagaço de malte como biossorvente na remoção do corante Amarelo Reafix B8G. Foram realizados ensaios experimentais em batelada, sistema contínuo e simulação fluidodinâmica computacional (CFD). O biossorvente foi caracterizado a partir da determinação do diâmetro médio das partículas, ponto de carga zero, morfologia por micrografia de varredura eletrônica, grupos funcionais por espectrometria de infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e área superficial específica por fisissorção de N2. Os ensaios em batelada foram realizados sob diferentes condições operacionais (pH, tamanho médio das partículas, tempo de contato, concentração inicial e temperatura). A recuperação do corante foi avaliada pela dessorção em batelada utilizando-se diferentes eluentes. A biossorção em sistema contínuo ocorreu em coluna de leito fixo e foi avaliada através das curvas de ruptura e dos parâmetros de transferência de massa obtidos sob diferentes condições operacionais (vazão e concentração). Por fim, para a simulação CFD implementou-se um modelo integrado ao código comercial ANSYS Fluent 19.0. Este modelo foi composto por equações que descrevem a biossorção, que inclui: balanço de massa na fase líquida, na fase sólida (modelo cinético difusivo de resistência à transferência de massa interna) e equilíbrio entre as fases (isoterma de adsorção). Estas equações, juntamente com as equações associadas ao escoamento de fluidos, foram solucionadas. O que permitiu obter curvas de ruptura simuladas e perfis de concentração de corante no leito, sob as mesmas condições e parâmetros experimentais. Dentre as caracterizações, a técnica FTIR evidenciou um possível mecanismo de biossorção associado à adsorção do corante nos sítios ativos dos grupos hidroxila (OH) da celulose do biossorvente. A avaliação em batelada apresentou tempo de equilíbrio inferior a 24 horas, para todas as temperaturas avaliadas. E os melhores percentuais de remoção foram alcançados para faixas menores de concentração. Quanto a temperatura, tanto na avaliação do tempo de contato quanto para a concentração, houve a evidência de uma temperatura ótima (30 °C). A cinética foi melhor representada pelo modelo de pseudo-segunda ordem e evidenciou um processo de fisissorção, com energia de ativação de 24.10 kJ mol-1. O equilíbrio de biossorção foi melhor representado pela isoterma combinada de Langmuir-BET, que indica que a adsorção pode ocorrer por um processo em monocamada e multicamadas sobrepostas. A termodinâmica de adsorção foi avaliada para cada uma destas etapas, que apresentaram um processo espontâneo, exotérmico e com aumento na desordem na interface sólido/solução. Com relação à dessorção, verificou-se a recuperação de elevado percentual de corante (94%), utilizando álcool etílico como eluente. A biossorção em sistema contínuo apresentou capacidade de remoção superior à remoção em batelada, com as curvas de ruptura fortemente influenciadas pelas condições operacionais. Nas simulações fluidodinâmicas, foi possível verificar que o modelo integrado foi capaz de demonstrar a saturação do leito. Contudo, as curvas de ruptura simuladas apresentaram comportamento diferente das curvas experimentais, possivelmente pela imprevisão dos efeitos de resistência à transferência de massa. Com base nos resultados experimentais, é possível afirmar que o bagaço de malte apresenta significativa capacidade de tratamento de efluentes contendo o corante amarelo reativo. 2019-04-29T16:10:43Z 2019-04-29T16:10:43Z 2019-02-26 masterThesis SILVA, Bruna Cassia da. Biossorção do corante Amarelo Reafix B8G a partir do bagaço de malte em batelada e sistema contínuo: avaliação experimental e simulação fluidodinâmica computacional. 2019. 171 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4040 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Ponta Grossa Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química UTFPR
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description	The objective of this work was the evaluation of malt bagasse as a biosorbent in the removalof Reafix B8G Yellow dye. Experimental batch tests, continuous system and computational fluid dynamics simulation (CFD) were performed. The biosorbent was characterized by the determination of the mean particle diameter, point of zero charge, morphology by scanning electron micrograph, functional groups by Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) and specific surface area by N2 fisisorption. The batch tests were performed under different operating conditions (pH, mean particle size, contact time, initial concentration and temperature). The dye recovery was evaluated by batch desorption using different eluents. Continuous biosorption occurred in a fixed bed column and was evaluated through the breakthrough curves and the mass transfer parameters obtained under different operating conditions (flow and concentration). Finally, for the CFD simulation, a model integrated to the ANSYS Fluent 19.0 commercial code was implemented. This model was composed of equations describing biosorption, which includes: mass balance in the liquid phase, solid phase (diffusive kinetic model of resistance to internal mass transfer) and equilibrium between phases (adsorption isotherm). These equations, together with the equations associated with fluid flow, were solved. This allowed to obtain simulated breakthrough curves and dye concentration profiles in the bed, under the same experimental conditions and parameters. Among the characterizations, the FTIR technique showed a possible mechanism of biosorption associated with dye adsorption at the active sites of the hydroxyl (OH) groups of the biosorbent cellulose. The batch evaluation showed equilibrium time less than 24 hours, for all the evaluated temperatures. And the best percentages of removal were achieved for lower concentration ranges. Regarding the temperature, both the evaluation of the contact time and the concentration, there was evidence of an optimum temperature (30 °C). The kinetics was better represented by the pseudo-second order model and showed a fisisorption process, with activation energy of 24.10 kJ mol-1. The biosorption equilibrium was best represented by the Langmuir-BET combined isotherm, which indicates that the adsorption can occur by a monolayer and superimposed multilayers process. The adsorption thermodynamics were evaluated for each of these steps, which presented a spontaneous, exothermic and increased disorder in the solid/solution interface. With respect to the desorption, the recovery of a high percentage of dye (94%) was verified, using ethyl alcohol as eluent. The biosorption in continuous system presented removal capacity superior to the batch removal, with the breakthrough curves strongly influenced by the operating conditions. In the fluid dynamics simulations, it was possible to verify that the integrated model could demonstrate the saturation of the bed. However, the simulated breakthrough curves showed different behavior of the experimental curves, possibly due to the lack of mass transfer resistance effects. Based on the experimental results, it is possible to affirm that malt bagasse presents a significant capacity to treat wastewaters containing the reactive yellow dye.
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