Caracterização e avaliação do potencial adsortivo de biocarvões produzidos a partir de bagaço de malte cervejeiro.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Mendes, Débora Beatriz Teles
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/61566/0013000004n36
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Adsorção
Corantes
Malte
Biomassa
Link de acesso: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/17577
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Caracterização e avaliação do potencial adsortivo de biocarvões produzidos a partir de bagaço de malte cervejeiro.AdsorçãoCorantesMalteBiomassaPrograma de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.A indústria têxtil possui um vasto uso de corantes e a remoção desses poluentes, especialmente de matrizes aquosas, tem sido cada vez mais estudada, uma vez que a presença desses em águas pode trazer riscos ao ambiente e à saúde humana. Nesse contexto, a adsorção utilizando biocarvões tem sido proposta como tecnologia sustentável e inovadora para a remoção desses contaminantes. Neste trabalho foram investigadas as propriedades de diferentes biocarvões (BC) produzidos a partir do resíduo de bagaço de malte, bem como seu potencial de adsorção frente ao corante azul de metileno. A geração de resíduo de bagaço do malte tem aumentado nos últimos anos, mostrando-se uma biomassa lignocelulósica interessante para produzir BC. Foram produzidos o biocarvão a partir da pirólise da biomassa in natura, bem como variações do biocarvão obtidas a partir de modificações, especificamente modificações pré-pirólise usando sais metálicos (MnCl2 ou CoCl2) ou surfactante catiônico (brometo de cetiltrimetilamônio) e modificações pós-pirólise usando ácido (H3PO4 ou ácido cítrico). Os biocarvões foram caracterizados por meio de análises de ponto de carga zero (PCZ), FTIR, MEV e número de grupos ácidos e básicos. O efeito do pH da solução sobre a capacidade de adsorção dos materiais com maior potencial de adsorção (pré-modificados com MnCl2 ou CoCl2) foi investigado. Estudos de cinética nos mesmos materiais foram realizados e os dados experimentais foram analisados usando os modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. Isotermas de adsorção foram também obtidas nesses materiais e os dados experimentais foram modelados pelas isotermas de Freundlich, Langmuir, Dubinin–Radushkevich, Temkin e Redlich-Peterson. Resultados de FTIR indicaram a presença de grupos hidroxila, fenólicos e carboxílicos na superfície da biomassa in natura, bem como uma perda desses grupos nos biocarvões após o processo de pirólise. Também foi observado a presença de grupos específicos relacionados à incorporação de metais na estrutura dos materiais obtidos a partir da pirólise da biomassa modificada com sais metálicos. O pH no ponto de carga zero (PCZ) para todos os materiais foi próximo da neutralidade. Os valores de PCZ foram correlacionados com o número de grupos ácidos e básicos na superfície dos biocarvões. O pH da solução afetou pouco a capacidade de adsorção dos biocarvões modificados com sais metálicos, sendo levemente mais alta em pH 5,0, sugerindo uma baixa contribuição de interações eletrostáticas no processo de adsorção. Os estudos de cinética revelaram uma taxa de adsorção lenta dos materiais, sendo o tempo de equilíbrio de 48 e 70 h para os materiais modificados com os sais CoCl2 e MnCl2, respectivamente. O modelo de Elovich foi o que se ajustou melhor aos dados experimentais de cinética, sugerindo que o processo envolveu quimissorção, com a formação de interações específicas entre o substrato e o adsorvato. Além disso, o modelo de isoterma que melhor descreveu a adsorção do azul de metileno sobre ambos os biocarvões modificados com sais metálicos foi o de Redlich-Peterson, apresentando parâmetros Krp, α e β iguais a 2,97 L mg–1 ; 0,759 L mg–1 e 0,940 para o BC contendo cobalto e iguais a 4,21 L mg–1 ; 0,452 L mg–1 e 0,963, para o BC contendo manganês, respectivamente, sugerindo que a adsorção ocorre em monocamada e o adsorvente possui um número definido de sítios com energias levemente distintas. Valores de qe,máx foram iguais a 5,14 e 11,43 mg g –1 para os biocarvões contendo cobalto e manganês, respectivamente. Diante do exposto, conclui-se que os biocarvões obtidos a partir de resíduos do bagaço de malte cervejeiro apresentam baixas capacidades de adsorção para o corante azul de metileno, embora tenha sido observado uma dependência desse valor com o tipo de sal metálico utilizado na pré-modificação da biomassa utilizada para produzir o BC. Esses resultados são importantes e revelam a necessidade do aprofundamento de estudos nessa perspectiva a fim de se viabilizar estratégicas mais eficientes na produção de biocarvões produzidos a partir da biomassa avaliada nesse trabalho.The textile industry has a wide use of dyes, and the removal of these pollutants, especially from aqueous matrices, has been increasingly studied, as the presence of these in water can pose risks to the environment and human health. In this context, adsorption using biochar has been proposed as a sustainable and innovative technology for the removal of these contaminants. In this project, the properties of different biochars (BC) produced from malt bagasse residue were investigated, as well as their potential of adsorption for the methylene blue dye. The generation of malt bagasse residue has increased in recent years, proving to be an interesting lignocellulosic biomass to produce BC. Biochar was produced from the pyrolysis of in natura biomass, as well as variations of biochar were produced from modifications, specifically pre- pyrolysis modifications using metallic salts (MnCl2 or CoCl2) or cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide) and modifications post-pyrolysis using acid (H3PO4 or citric acid). The biochars were characterized using zero charge point (PCZ), FTIR, SEM, and number of acidic and basic group analyses. The effect of pH on the adsorption capacity of materials with the highest adsorption potential (pre-modified with MnCl2 or CoCl2) was investigated. Kinetic studies were also performed using the same materials and the experimental data were analyzed using pseudo-first order, pseudo-second order, Elovich, and intraparticle diffusion models. Adsorption isotherms were also obtained, and experimental data were modeled by Freundlich, Langmuir, Dubinin–Radushkevich, Temkin, and Redlich-Peterson isotherms. FTIR results indicated the presence of hydroxyl, phenolic, and carboxylic groups on the surface of the in natura biomass, as well as the loss of these groups in the biochars after the pyrolysis process. The presence of specific groups related to the incorporation of metals in the structure of the materials that were submitted to the modification process with metallic salts was also observed. The pH at the point of zero charge (PCZ) for the materials were close to neutrality. The values of PCZ were correlated with the quantity of acidic and basic functional groups on the surface of the biochars. The pH of the solution had little effect on the adsorption capacity of biochars modified with metallic salts, being slightly higher at pH 5.0, suggesting a low contribution of electrostatic interactions in the adsorption process. The kinetics studies revealed a slow adsorption rate of the materials, with the equilibrium time occurring in 48 and 70 h for the materials modified with the CoCl2 and MnCl2 salts, respectively. The Elovich model best fitted the kinetics experimental data, suggesting that the process involved chemisorption, with the formation of specific interactions between substrate and adsorbate. Furthermore, the isotherm model that best described the adsorption of methylene blue on both biochars pre-modified with metallic salts was the Redlich-Peterson model, presenting values equal to 2.97 L mg–1 , 0.759 L mg–1 , and 0.940 for the parameters Krp, α and β (for biochar pre- modified with CoCl2) and 4.21 L mg–1 , 0.452 L mg–1 , and 0.963 (for biochar pre-modified with MnCl2), respectively, suggesting that adsorption occurs in a monolayer and the adsorbent has a defined number of sites with slightly different energies. Values of qe,max were equal to 5.14 and 11.43 mg g–1 for BC pre-modified with CoCl2 and BC-MnCl2, respectively. In view of the above, it is concluded that the biochars obtained from brewer malt bagasse residues have low adsorption capacity for methylene blue dye, although there is a dependence of this value on the metallic salt used in the pre-modification of the biomass used in the biochar production. These results are important and reveal the need for further studies in this perspective in order to enable more efficient strategies in the production of biochar produced from the biomass evaluated in this project.Ferreira, Gabriel Max DiasFerreira, Guilherme Max DiasFerreira, Gabriel Max DiasFerreira, Guilherme Max DiasSoares, Jenaina RibeiroGil, Laurent FrédéricMendes, Débora Beatriz Teles2023-10-17T19:21:22Z2023-10-17T19:21:22Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMENDES, Débora Beatriz Teles. Caracterização e avaliação do potencial adsortivo de biocarvões produzidos a partir de bagaço de malte cervejeiro. 2023. 96 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/17577ark:/61566/0013000004n36http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 11/10/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. 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