Adsorção e dessorção de fósforo em solução aquosa, em cerâmica vermelha sem e com pré-ativação química e termoquímica
Phosphorus, although nutrient for various organisms, is harmful to the aquatic environment when in high concentrations. In this work, the adsorption and desorption of this pollutant in aqueous solution in red ceramic, without and with chemical preactivation (dolomitic lime) and thermochemical (prior...
| Autor principal: | Cabral, Lucas Lacerda |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9191 |
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riut-1-91912020-11-11T19:11:08Z Adsorção e dessorção de fósforo em solução aquosa, em cerâmica vermelha sem e com pré-ativação química e termoquímica Adsorption and desorption of phosphorus in aqueous solution, in red ceramic without and with chemical and thermochemical preactivation Cabral, Lucas Lacerda Passig, Karina Querne de Carvalho Passig, Fernando Hermes Domingues, Roberta Carolina Pelissari Rizzo Passig, Karina Querne de Carvalho Cinética química Materiais de construção Termodinâmica Cerâmica vermelha Fósforo Química Chemical kinetics Building materials Thermodynamics Red pottery Phosphorus Chemistry CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS Phosphorus, although nutrient for various organisms, is harmful to the aquatic environment when in high concentrations. In this work, the adsorption and desorption of this pollutant in aqueous solution in red ceramic, without and with chemical preactivation (dolomitic lime) and thermochemical (prior calcination) were evaluated. The red ceramic, popularly known as brick, was used as an adsorbent because it is an environmental liability of construction wastes. The adsorbent materials were characterized physicochemical and texturally through pH analysis at the point of zero charge (pHPZC), X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Xray dispersive energy spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), particle size distribution, mercury intrusion porosimetry, helium pycnometry, thermogravimetry, Blaine and Chapelle method. Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies of adsorption and desorption were conducted for each adsorbent. Lagergren pseudo-first order and Ho-McKay pseudo-second order models were fitted to the experimental results from the kinetic assays. Langmuir, Freundlich and Sips models were fitted to the experimental results of the equilibrium assays. With the results of the thermodynamic assays at temperatures of 25, 35 and 45 °C it was possible to verify that the processes are exothermic and spontaneous by the standard Gibbs energy (ΔG°), entropy (ΔS°) and enthalpy (ΔH°) of the reactions. For all the processes it was observed that the addition of temperature increased both the maximum amount of phosphorus adsorbed and desorbed. The pseudo-first and pseudo-second order models were adjusted to the kinetic data, with R2 0.98 to the in natura ceramic (INC) and 0.99 to the ceramic with chemical activation (CCA) and thermochemical (CTCA). The equilibrium data were better adjusted to the Langmuir model to INC (R2 0.99) and Sips model to CCA (R2 0.99) and CTCA (R2 0.99). The highest efficiencies of phosphorus adsorption achieved were 53%, 85% and 76% to INC, CCA and CTCA, respectively. In the desorption experiments, the kinetics obtained the best adjustments according to the pseudo-second order model to INC (R2 0.88) and pseudo-first order for CCA (R2 0,90) and CTCA (R2 0,74). Desorption equilibrium isotherms to the adsorbents were in accordance with the Sips model (R2 0.99). Thus, it was possible to conclude that the red ceramic can be used as an alternative adsorbent in the removal of phosphorus in aqueous solution, being an option to its final disposal in industrial landfill. O fósforo, embora nutriente para diversos organismos, é prejudicial ao ambiente aquático quando em altas concentrações. Neste trabalho foram avaliadas a adsorção e a dessorção deste poluente em solução aquosa em cerâmica vermelha, sem e com pré-ativação química (cal dolomítica) e termoquímica (calcinação prévia). A cerâmica vermelha, popularmente conhecida como tijolo, foi utilizada como adsorvente por ser um passivo ambiental de resíduos da construção civil. Os materiais adsorventes foram caracterizados físico-química e texturalmente por meio de análises de pH no ponto de carga zero (pHPCZ), difratometria de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia de fluorescência de raios-X (FRX), granulometria, porosimetria por intrusão de mercúrio, picnometria de hélio, termogravimetria, método de Blaine e de Chapelle. Estudos cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos de adsorção e de dessorção foram conduzidos para cada adsorvente. Modelos de pseudo-primeira ordem de Lagergren e de pseudo-segunda ordem de Ho-McKay foram ajustados aos resultados experimentais dos ensaios cinéticos. Modelos de Langmuir, Freundlich e Sips foram ajustados aos resultados experimentais dos ensaios de equilíbrio. Com os resultados dos ensaios termodinâmicos nas temperaturas de 25, 35 e 45 ºC foi possível verificar que os processos são exotérmicos e espontâneos pela energia de Gibbs (ΔGº), entropia (ΔSº) e entalpia (ΔHº) padrão das reações. Para todos os processos observou-se que o acréscimo da temperatura aumentou tanto a quantidade máxima de fósforo adsorvida, quanto dessorvida. Os modelos de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem se ajustaram aos dados cinéticos, com R2 0,98 para cerâmica in natura (TIN) e 0,99 para cerâmicas com ativação química (TQA) e termoquímica (TTQA). Melhores ajustes dos dados de equilíbrio foram obtidos pelo modelo de Langmuir para TIN (R2 0,99) e pelo modelo de Sips para TQA (R2 0,99) e TTQA (R2 0,99). As maiores eficiências de adsorção do fósforo alcançadas foram de 53%, 85% e 76% para TIN, TQA e TTQA, respectivamente. Nos ensaios de dessorção, os melhores ajustes a cinéticos foram pelo modelo de pseudo-segunda ordem para TIN (R2 0,88) e de pseudo-primeira ordem para TQA (R2 0,90) e TTQA (R2 0,74). As isotermas de equilíbrio de dessorção para os adsorventes foram de acordo com o modelo de Sips (R2 0,99). Assim, foi possível concluir que a cerâmica vermelha pode ser utilizada como adsorvente alternativo na remoção de fósforo em solução aquosa, sendo uma opção à sua disposição final em aterro industrial. 2020-11-11T19:11:08Z 2020-11-11T19:11:08Z 2019-06-19 bachelorThesis CABRAL, Lucas Lacerda. Adsorção e dessorção de fósforo em solução aquosa, em cerâmica vermelha sem e com pré-ativação química e termoquímica. 2019. 114 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9191 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Bacharelado em Química UTFPR |
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Phosphorus, although nutrient for various organisms, is harmful to the aquatic environment when in high concentrations. In this work, the adsorption and desorption of this pollutant in aqueous solution in red ceramic, without and with chemical preactivation (dolomitic lime) and thermochemical (prior calcination) were evaluated. The red ceramic, popularly known as brick, was used as an adsorbent because it is an environmental liability of construction wastes. The adsorbent materials were characterized physicochemical and texturally through pH analysis at the point of zero charge (pHPZC), X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Xray dispersive energy spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), particle size distribution, mercury intrusion porosimetry, helium pycnometry, thermogravimetry, Blaine and Chapelle method. Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies of adsorption and desorption were conducted for each adsorbent. Lagergren pseudo-first order and Ho-McKay pseudo-second order models were fitted to the experimental results from the kinetic assays. Langmuir, Freundlich and Sips models were fitted to the experimental results of the equilibrium assays. With the results of the thermodynamic assays at temperatures of 25, 35 and 45 °C it was possible to verify that the processes are exothermic and spontaneous by the standard Gibbs energy (ΔG°), entropy (ΔS°) and enthalpy (ΔH°) of the reactions. For all the processes it was observed that the addition of temperature increased both the maximum amount of phosphorus adsorbed and desorbed. The pseudo-first and pseudo-second order models were adjusted to the kinetic data, with R2 0.98 to the in natura ceramic (INC) and 0.99 to the ceramic with chemical activation (CCA) and thermochemical (CTCA). The equilibrium data were better adjusted to the Langmuir model to INC (R2 0.99) and Sips model to CCA (R2 0.99) and CTCA (R2 0.99). The highest efficiencies of phosphorus adsorption achieved were 53%, 85% and 76% to INC, CCA and CTCA, respectively. In the desorption experiments, the kinetics obtained the best adjustments according to the pseudo-second order model to INC (R2 0.88) and pseudo-first order for CCA (R2 0,90) and CTCA (R2 0,74). Desorption equilibrium isotherms to the adsorbents were in accordance with the Sips model (R2 0.99). Thus, it was possible to conclude that the red ceramic can be used as an alternative adsorbent in the removal of phosphorus in aqueous solution, being an option to its final disposal in industrial landfill. |
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CABRAL, Lucas Lacerda. Adsorção e dessorção de fósforo em solução aquosa, em cerâmica vermelha sem e com pré-ativação química e termoquímica. 2019. 114 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, 2019. |
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