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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
Ciência e Engenharia dos Materiais (21001014024P6)
APPLICATION OF EICHHORNIA CRASSIPES BIOMASS AND ACTIVATED BIOCHAR AS ADSORBENT OF METHYLENE BLUE DYE IN AQUEOUS MEDIUM: CHARACTERIZATION, KINETIC AND ISOTHERMAL STUDY
MARCELO TEIXEIRA CARNEIRO
TESE
27/03/2023

A significativa contaminação de corpos d’água por corantes sintéticos, como azul de metileno, ameaça a flora e a fauna aquáticas, bem como a saúde humana, motivo pelo qual estudos devem ser desenvolvidos em busca de estratégias para mitigar/tratar tais efeitos, destacando-se os processos de adsorção, a partir da produção de bioadsorventes. O aguapé (Eichhornia crassipes), planta aquática de ampla disseminação e difícil manejo em muitos países, é amplamente disponível na natureza e capaz de adsorver poluentes, incluindo corantes sintéticos, os quais podem trazer consequências negativas para a saúde humana e o ecossistema aquático. Diante dessa potencialidade, realizou-se um estudo com o objetivo de desenvolver e aplicar biomassa (in natura) e biochar ativado de aguapé como adsorvente do corante azul de metileno (AM) de meio aquoso. Inicialmente, desenvolveu-se um estudo de revisão sistemática da literatura (RSL) com a finalidade de estabelecer os biochars produzidos a partir de resíduos de plantas para adsorção de corantes em meio aquoso encontrados na literatura nacional e internacional. Na segunta etapa, realizou-se uma pesquisa para verificar um destino útil para a quantidade expressiva dessa planta, sendo produzidos dois bioadsorventes (folha e caule do águape) in natura que foram caracterizados. As composições das frações fibrosas foram determinadas e os testes de adsorção foram realizados variando o pH, o tempo e a concentração do corante. Os testes experimentais foram ajustados a diferentes modelos cinéticos e isotérmicos. Por fim, foram realizados os processos de dessorção e reaproveitamento do material. Na terceira etapa, desenvolveu-se dois biochars ativados com cloreto de zinco (folha e caule do aguapé) que também foram caracterizados. Os testes de adsorção também foram efetivados variando o pH, tempo e concentração do corante e os resultados experimentais de adsorção foram ajustados a diferentes modelos cinéticos e isotérmicos. Nessa etapa, objetivou se analisar a eficiência da remoção do corante azul de metileno em soluções aquosas através do processo de adsorção usando como bioadsorvente o biochar de aguapé ativado quimicamente. Através da RSL evidenciou-se que a maior parte das pesquisas sobre o uso de biochars de partes de plantas foi publicada a partir de 2021, principalmente em países da Ásia Oriental e Meridional, com destaque para China. As plantas mais estudadas foram mandioca, arroz e café, sendo as partes mais usadas casca, caule, folha e palha. Os processos de adsorção mais citados foram cinética e isotermas. Constatou-se significativa variabilidade da capacidade adsortiva entre os biochars produzidos: entre 0,30 e 735,29 mg g -1. Na pesquisa em que empregou-se a biomassa in natura, constatou-se que as biomassas de aguapé apresentaram capacidade de adsorção acima de 89%, e que a cinética foi mais rápida para a biomassa de caule. O estudo cinético averiguou que o processo de adsorção é melhor descrito pelo modelo de pseudo segunda ordem, e os ajustes dos dados experimentais da isoterma indicaram que ambos os materiais são favoráveis à adsorção. No terceiro estudo, que envolveu a aplicação do biochar ativado verificou-se que os biochars (caule e folha) removeram aproximadamente 285,71 e 322,58 mg g-1 do corante, respectivamente, apontando que a adsorção é maior na folha. A cinética pseudo-segunda ordem e os ajustes dos dados experimentais de isoterma ao modelo de Langmuir, assim como ocorreu na biomassa in natura, foram mais adequados para descrever a adsorção do corante pelos biochars. Evidencia-se que as biomassas e biochars desenvolvidos são recursos com potencialidade para serem utilizados na adsorção de corantes em meio aquoso, e excelente perspectiva de produção, frente à quantidade de resíduos gerados.

Biochar;Adsorção;Eichhornia crassipes;Corante.
The significant contamination of water bodies by synthetic dyes, such as methylene blue, threatens aquatic flora and fauna, as well as human health, which is why studies must be developed in search of strategies to mitigate/treat such effects, highlighting the adsorption processes, from the production of bio-adsorbents. Common water hyacinth (Eichhornia crassipes), an aquatic plant of wide dissemination and difficult management in many countries, is widely available in nature and capable of adsorbing pollutants, including synthetic dyes, which can bring negative consequences to human health and to the aquatic ecosystem. Considering this potential, a study was conducted aiming to develop and apply biomass (in natura) and activated biochar of Eichhornia crassipes as an adsorbent of the methylene blue dye (MB) from aqueous medium. Initially, a systematic literature review (SLR) study was developed with the purpose of establishing the biochar produced from plant waste for adsorption of dyes in aqueous medium found in national and international literature. In the second step, research was conducted to find a useful destination for the expressive amount of this plant, and two bio-adsorbents (agape leaf and stem) were produced in natura and characterized. Compositions of the fiber fractions were determined, and the adsorption tests were performed varying pH, time, and concentration of the dye. The experimental tests were fitted to different kinetic and isothermal models. Finally, the desorption and reuse processes of the material were performed. In the third step, two biochar activated with zinc chloride (leaf and stem of Eichhornia crassipes) were developed and characterized. The adsorption tests were also performed by varying the pH, time and concentration of the dye and the experimental results of adsorption were fitted to different kinetic and isothermal models. In this step, the aim was to analyze the efficiency of the removal of methylene blue dye in aqueous solutions through the adsorption process using chemically activated Eichhornia crassipes biochar as bio adsorbent. SLR showed that most of the research on the use of biochar from plant parts was published after 2021, mainly in countries of East and South Asia, such as China. The most studied plants were cassava, rice and coffee, with the most used parts being bark, stem, leaf and straw. The most cited adsorption processes were kinetics and isotherms. There was significant variability in the adsorptive capacity between the biochar produced: between 0.30 and 735.29 mg g-1. In the research where fresh biomass was used, it was found that the biomass of Eichhornia crassipes showed adsorption capacity above 89%, and that the kinetics was faster for the stem biomass. The kinetic study found that the adsorption process is best described by the pseudo-second order model, and the fits of the experimental isotherm data indicated that both materials are favorable for adsorption. In the third study, which involved the application of activated biochar, it was found that the biochar (stem and leaf) removed approximately 285.71 and 322.58 mg g-1 of the dye, respectively, pointing out that the adsorption is greater in the leaf. The pseudo-second order kinetics and the fits of the experimental isotherm data to the Langmuir model, as occurred in the fresh biomass, was more adequate to describe the adsorption of the dye by the biochar. It is evident that the developed biomass and biochar are resources with potential to be used in the adsorption of dyes in aqueous medium, and excellent production prospects, given the amount of waste generated.
Biochar;Adsorption;Eichhornia crassipes;Dye.
1
200
INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
O trabalho possui divulgação autorizada
Tese Versao Final Marcelo Teixeira-PPGCM.pdf

Contexto

MATERIAIS CONJUGADOS E POLIMÉRICOS
POLIMEROS E BIOMATERIAIS
PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO DE AGUAPÉ PARA REMOÇÃO DE EFLUENTES EMERGENTES DO MEIO AQUOSO

Banca Examinadora

EDSON CAVALCANTI DA SILVA FILHO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
BARTOLOMEU CRUZ VIANA NETO Docente - PERMANENTE
FRANCISCO ERONI PAZ DOS SANTOS Docente - PERMANENTE
ROOSEVELT DELANO DE SOUSA BEZERRA Participante Externo
PAULO RONALDO SOUSA TEIXEIRA Participante Externo
ANA CLECIA SANTOS DE ALCANTARA Participante Externo
EDSON CAVALCANTI DA SILVA FILHO Docente - PERMANENTE

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
Plataforma Sucupira
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