Adsorção de fósforo em carvão ativado impregnado com óxidos de ferro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Braun, Julia Catiane Arenhart
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Fronteira Sul
Brasil
Campus Cerro Largo
Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias Sustentáveis
UFFS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/2186
Resumo: The presence of nutrients, such as phosphorus (P), in water bodies represents a global issue for water quality. Among all the pollution problems, the eutrophication has been considered a serious environmental problem. Tertiary treatment technologies are available for the control of soluble phosphorous, and adsorption has been investigated as a relatively simple process facilitating the recycling of the nutrient. The increase of the adsorption capacity has been investigated, as the impregnation of the adsorbent by iron oxides. The objective of this work was to evaluate the phosphorus adsorption by commercial granular active carbon impregnated with iron oxides (GAC-Fe). For this, a preliminary study was carried out to define the impregnation method that obtains the better capacity of adsorption of phosphorus. The adsorbent developed must be stock in an inert environment after the process. Physical and chemical characterization of GAC-Fe was performed including Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS), Thermogravimetric analysis (TGA) and zero point charge (pH ZPC ) analyzes. A new adsorption isotherm was development considering the presence of two activated sites in the adsorbent surface. This model was showed as be best isotherm model to describe the system equilibrium. The results indicated high dependence of the adsorption with pH solution, showing best adsorption capacity in pH 3.0 ( = 2.874 mg g -1 ). An analysis of the zero charge point of the adsorbent indicated a positive charge at pH less than 3.5, explaining the higher affinity to phosphate. The process was spontaneous and favorable at the temperatures studied (25, 35 and 45°C). The thermodynamic results suggest two types of adsorption mechanisms at the surface, related to chemisorption. The best kinetic model of adsorption considers the internal mass transfer as the rate-limiting step. The temperature and initial concentration not shows influence on effective diffusion coefficient. Hence, the study shows an alternatively material for phosphorus adsorption and contributes know the mechanism involved in the process and equilibrium of the system.
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The adsorbent developed must be stock in an inert environment after the process. Physical and chemical characterization of GAC-Fe was performed including Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS), Thermogravimetric analysis (TGA) and zero point charge (pH ZPC ) analyzes. A new adsorption isotherm was development considering the presence of two activated sites in the adsorbent surface. This model was showed as be best isotherm model to describe the system equilibrium. The results indicated high dependence of the adsorption with pH solution, showing best adsorption capacity in pH 3.0 ( = 2.874 mg g -1 ). An analysis of the zero charge point of the adsorbent indicated a positive charge at pH less than 3.5, explaining the higher affinity to phosphate. The process was spontaneous and favorable at the temperatures studied (25, 35 and 45°C). The thermodynamic results suggest two types of adsorption mechanisms at the surface, related to chemisorption. The best kinetic model of adsorption considers the internal mass transfer as the rate-limiting step. The temperature and initial concentration not shows influence on effective diffusion coefficient. Hence, the study shows an alternatively material for phosphorus adsorption and contributes know the mechanism involved in the process and equilibrium of the system.A presença de nutrientes, como o fósforo (P), em corpos hídricos representa um problema para a qualidade da água, incluindo a eutrofização, que é considerado um sério impacto ambiental. Dentre as tecnologias de tratamento terciário de efluentes disponíveis para a remoção de fósforo solúvel, a adsorção tem sido investigada por apresentar-se como um processo relativamente simples, e que permite a reciclagem do nutriente. Métodos que aumentam a capacidade de adsorção do adsorvente para remoção de P, como a impregnação por óxidos de ferro, têm sido investigados. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a adsorção de fósforo por carvão ativado comercial impregnado com óxidos de ferro (CAG-Fe). Para tanto, foi realizado um estudo preliminar que definiu o método de impregnação que resultou em maior capacidade de adsorção de fósforo. Ainda, foi definido que o adsorvente deve ser mantido em ambiente inerte após a preparação, para manter as características de desempenho. A caracterização física e química do CAG-Fe foi realizada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), análise termogravimétrica (TGA) e ponto de carga zero (pH ZPC ). Para descrição do equilíbrio da adsorção, foi desenvolvido um novo modelo de isoterma, que considera a existência de dois tipos de sítios ativos na superfície do adsorvente. Este modelo, na sua versão que considera apenas adsorção na monocamada, apresentou melhor ajuste dos dados experimentais de equilíbrio. Os resultados indicaram alta dependência da capacidade máxima de adsorção ( ) com o pH da solução, apresentando melhor capacidade de adsorção em pH 3,0 ( = 2,874 mg g -1 ). A análise do ponto de carga zero indicou carga positiva do CAG- Fe em pH menor que 3,5, explicando a alta afinidade do fósforo com o adsorvente em soluções ácidas. O processo de adsorção se mostrou espontâneo e favorável nas temperaturas estudadas (25, 35 e 45°C). Os resultados termodinâmicos sugerem dois tipos de mecanismos de adsorção na superfície, sendo que para um dos tipos de sítios ativos a energia envolvida é compatível com quimissorção. O modelo cinético que descreveu melhor os dados experimentais foi o que considera a transferência de massa interna como etapa limitante da velocidade do processo. Temperatura e concentração inicial não apresentaram influência no coeficiente de difusão efetivo do modelo. Desta forma, neste estudo é apresentado o desenvolvimento e aplicação de material alternativo para adsorção de fósforo, contribuindo para o conhecimento do mecanismo envolvido no processo e apresentando nova formulação para o equilíbrio do sistema.Universidade Federal da Fronteira SulBrasilCampus Cerro LargoPrograma de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias SustentáveisUFFSWenzel, Bruno MünchenSchöntag, Juliana MarquesTanabe, Eduardo HiromitsuBorba, Fernando HenriqueBraun, Julia Catiane Arenhart2018-08-072018-11-06T15:52:07Z2018-11-012018-11-06T15:52:07Z2018-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/2186porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFFS (Repositório Digital da UFFS)instname:Universidade Federal Fronteira do Sul (UFFS)instacron:UFFS2021-09-29T18:35:50Zoai:rd.uffs.edu.br:prefix/2186Repositório InstitucionalPUBhttps://rd.uffs.edu.br/oai/requestfranciele.cruz@uffs.edu.bropendoar:39242021-09-29T18:35:50Repositório Institucional da UFFS (Repositório Digital da UFFS) - Universidade Federal Fronteira do Sul (UFFS)false
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