Avaliação do uso de adsorventes a base de óxido de grafeno e celulose para a remoção de íons cromo hexavalente de soluções aquosas

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Fantinel, Lucas Antônio
• Orientador(a): Poletto, Matheus
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Água - Poluição; Adsorção; Celulose; Grafeno; Ions metálicos
• Palavras-chave em Inglês: Water - Pollution; Adsorption; Cellulose; Graphene; Metal ions
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/8860

A contaminação das águas se caracteriza como um dos grandes problemas ambientais ocasionados pelo aumento das indústrias de transformação, sendo que, dentre esses contaminantes, podem-se destacar os íons cromo. Essa substância se destaca como um dos elementos essenciais para a sobrevivência humana. Contudo, elevadas concentrações dessa substância nas águas podem proporcionar sérias injúrias à saúde humana, especialmente em sua forma hexavalente. Desse modo, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar a capacidade de adsorção de íons cromo hexavalente, em solução aquosa sintética, utilizando-se óxido de grafeno, aerogéis de celulose e aerogéis de celulose contendo óxido de grafeno. Para tal fim, inicialmente, realizou-se a síntese do óxido de grafeno a partir do método de Hummers e a confecção de aerogéis de celulose, oriundos de nanocelulose, e aerogéis de celulose contendo óxido de grafeno, em concentrações de 0,5 e 1% (m/m), sendo os mesmos produzidos a partir do processo de liofilização. Foi realizada a caracterização desses materiais a fim de se verificar suas propriedades químicas, físicas e morfológicas. Os ensaios de adsorção foram, então, realizados em sistema batelada, avaliando-se a influência de fatores experimentais como pH do meio, concentração inicial do soluto e temperatura do meio. Foram avaliados, também, parâmetros como modelos de isoterma de adsorção, cinética através de modelos reacionais, bem como parâmetros termodinâmicos do processo. Por fim, realizou-se a tentativa de recuperação dos materiais adsorventes, sendo realizados dois ciclos de regeneração. A partir disso, verificou-se que o modelo de isoterma de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, para todos os materiais adsorventes averiguados, demonstrando que a adsorção ocorre através da formação de uma monocamada, com sítios energeticamente homogêneos. Em relação à cinética do processo de adsorção, observou-se que o modelo reacional de pseudossegunda ordem foi o que apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais, sugerindo, desse modo, que as etapas de difusão através do filme estagnado e a difusão intrapartícula são as etapas controladoras desse processo. Os parâmetros termodinâmicos verificados indicam que o processo de adsorção de cromo ocorre de forma espontânea e que o mesmo acontece através de adsorção física, sendo o mesmo de natureza exotérmica. Dessarte, a partir do presente estudo, pode-se concluir que os materiais avaliados apresentam uma boa capacidade para a remoção de cromo hexavalente de soluções aquosas, obtendo-se quantidades adsorvidas de 142,1 mg.g-1, 108,52 mg.g-1, 129,22 mg.g-1 e 121,78 mg.g-1, para o óxido de grafeno, aerogel de celulose puro e aerogéis contendo 0,5 e 1% (m/m) de óxido de grafeno, respectivamente. Ademais, foi possível verificar que os mesmos podem ser reutilizados em mais de um ciclo de remoção, sem perdas de propriedades em até dois ciclos de regeneração. Desse modo, observa-se que materiais a base de celulose e óxido de grafeno podem ser empregados em processos de adsorção para a remoção de cromo hexavalente de soluções aquosas. O que, desse modo, demonstra o potencial de uso de materiais oriundos de fontes renováveis em processos de adsorção. [resumo fornecido pelo autor]