Lignina extraída do sabugo de milho modificada como adsorvente de poluentes em efluentes industriais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Silva, Elano Costa
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 do Rio Grande do Norte
BR
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
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://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63598
Resumo: The population growth and increased consumption have intensified industrial production. This rise has generated more pollutants that, when improperly disposed of, impact human health and ecosystems. Significant environmental issues include produced water from oil extraction, which is rich in salts, heavy metals, and organic compounds, and effluents from the textile industry, contaminated by chemical dyes. To mitigate these issues, recent research highlights lignin as a promising adsorbent material due to its abundance in nature and its chemical properties, such as a high binding capacity with contaminants. Brazil, a major corn producer, generates significant volumes of corncob, which contains approximately 15% lignin, emphasizing its potential for such applications. This study aims to investigate the use of modified lignin extracted from corncob as an adsorbent material for pollutants in contaminated effluents. An alkaline pretreatment was applied to the corncob biomass to extract lignin. The extracted lignin was modified with reagents such as choline chloride and hydrogen peroxide to enhance its ability to interact with contaminants. Characterization techniques (Zeta potential, TG, FTIR, and SEM) were performed to understand the physical, chemical, structural, and functional properties of the adsorbent materials. Using UV-Vis spectroscopy, bench tests were conducted to evaluate the efficiency of the material as an adsorbent for pollutant removal, considering parameters such as initial pollutant concentration and contact time. The adsorption kinetics of oil removal were studied using lignin and sodium alginate spheres. The lignin spheres exhibited superior performance compared to pure alginate spheres. The lignin sphere modified with choline chloride (ELMC) achieved the best result, reaching 90% oil removal from water, followed by the lignin sphere oxidized with hydrogen peroxide (ELOX), with 88.23% removal. The pseudo-first-order model provided the best fit for the experimental data. The maximum adsorption capacities were 172.7 mg/g for ELMC and ELOX, 161.18 mg/g for the unmodified lignin sphere (ELNM), and 84.43 mg/g for the pure sodium alginate sphere (EALG). For Congo red dye, the adsorption kinetics fitted better to the pseudo-second-order model. The PSO model demonstrated high accuracy in R² values and successfully predicted the adsorption capacity (qe). For unmodified lignin (LNM), the qe values were 35.54, 66.58, and 155.24 mg/g for concentrations of 50, 100, and 250 mg/L, respectively; for lignin modified with choline chloride (LMC), the values were 33.89, 65.95, and 165.79 mg/g. The Langmuir and Freundlich isotherm models did not fit the experimental values well, with R² values deviating from the ideal. Therefore, the adsorption study using modified lignin extracted from corncob proved to be an efficient and sustainable alternative for wastewater treatment, outperforming conventional materials such as activated carbon. This material is capable of removing contaminants found in produced water from oil extraction as well as Congo red dye, frequently present in textile industry effluents. The modified lignin exhibited high adsorption capacity, standing out as a promising solution for mitigating environmental impacts.
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spelling Lignina extraída do sabugo de milho modificada como adsorvente de poluentes em efluentes industriaisLignin extracted from corn cobs modified as an adsorbent of pollutants in industrial effluentsLignina modificadaAdsorçãoÁgua produzidaCorante vermelho do CongoSabugo de milhoENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThe population growth and increased consumption have intensified industrial production. This rise has generated more pollutants that, when improperly disposed of, impact human health and ecosystems. Significant environmental issues include produced water from oil extraction, which is rich in salts, heavy metals, and organic compounds, and effluents from the textile industry, contaminated by chemical dyes. To mitigate these issues, recent research highlights lignin as a promising adsorbent material due to its abundance in nature and its chemical properties, such as a high binding capacity with contaminants. Brazil, a major corn producer, generates significant volumes of corncob, which contains approximately 15% lignin, emphasizing its potential for such applications. This study aims to investigate the use of modified lignin extracted from corncob as an adsorbent material for pollutants in contaminated effluents. An alkaline pretreatment was applied to the corncob biomass to extract lignin. The extracted lignin was modified with reagents such as choline chloride and hydrogen peroxide to enhance its ability to interact with contaminants. Characterization techniques (Zeta potential, TG, FTIR, and SEM) were performed to understand the physical, chemical, structural, and functional properties of the adsorbent materials. Using UV-Vis spectroscopy, bench tests were conducted to evaluate the efficiency of the material as an adsorbent for pollutant removal, considering parameters such as initial pollutant concentration and contact time. The adsorption kinetics of oil removal were studied using lignin and sodium alginate spheres. The lignin spheres exhibited superior performance compared to pure alginate spheres. The lignin sphere modified with choline chloride (ELMC) achieved the best result, reaching 90% oil removal from water, followed by the lignin sphere oxidized with hydrogen peroxide (ELOX), with 88.23% removal. The pseudo-first-order model provided the best fit for the experimental data. The maximum adsorption capacities were 172.7 mg/g for ELMC and ELOX, 161.18 mg/g for the unmodified lignin sphere (ELNM), and 84.43 mg/g for the pure sodium alginate sphere (EALG). For Congo red dye, the adsorption kinetics fitted better to the pseudo-second-order model. The PSO model demonstrated high accuracy in R² values and successfully predicted the adsorption capacity (qe). For unmodified lignin (LNM), the qe values were 35.54, 66.58, and 155.24 mg/g for concentrations of 50, 100, and 250 mg/L, respectively; for lignin modified with choline chloride (LMC), the values were 33.89, 65.95, and 165.79 mg/g. The Langmuir and Freundlich isotherm models did not fit the experimental values well, with R² values deviating from the ideal. Therefore, the adsorption study using modified lignin extracted from corncob proved to be an efficient and sustainable alternative for wastewater treatment, outperforming conventional materials such as activated carbon. This material is capable of removing contaminants found in produced water from oil extraction as well as Congo red dye, frequently present in textile industry effluents. The modified lignin exhibited high adsorption capacity, standing out as a promising solution for mitigating environmental impacts.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO crescimento populacional e o aumento do consumo intensificaram a produção industrial. Esse aumento gerou mais poluentes que, quando descartados inadequadamente, impactam a saúde humana e os ecossistemas. Exemplos de problemas ambientais significativos incluem a água produzida na extração de petróleo, que é rica em sais, metais pesados e compostos orgânicos, e os efluentes da indústria têxtil, contaminados por corantes químicos. Para mitigá-los, pesquisas recentes apontam a lignina como um material adsorvente promissor, devido à sua abundância na natureza e suas propriedades químicas, como alta capacidade de ligação com contaminantes. O Brasil, grande produtor de milho, gera volumes expressivos de sabugo, que contém cerca de 15% de lignina, destacando seu potencial para essas aplicações. O objetivo deste trabalho é estudar a utilização da lignina modificada extraída do sabugo de milho como material adsorvente de poluentes em efluentes contaminados. O pré-tratamento alcalino foi aplicado a biomassa do sabugo de milho para extrair a lignina. A lignina extraída foi modificada com reagentes, como cloreto de colina e peroxido de hidrogênio, para melhorar sua capacidade de interação com contaminantes. Técnicas de caracterização (potencial Zeta, TG, FTIR e MEV) dos materiais adsorventes foram realizadas para entender suas propriedades físicas, químicas, estruturais e funcionais. Por meio de espectroscopia UV-Vis, foram conduzidos testes em bancada para avaliar a eficiência do material como adsorvente na remoção de poluentes, considerando parâmetros como concentração inicial de poluentes e tempo de contato. O estudo da cinética de remoção de óleo por adsorção foi realizado utilizando esferas de lignina e alginato de sódio. As esferas de lignina apresentaram desempenho superior em comparação às esferas de alginato puro. A esfera de lignina modificada com cloreto de colina (ELMC) destacou-se com o melhor resultado, alcançando 90% de remoção de óleo da água, seguida pela esfera de lignina oxidada com peroxido de hidrogênio (ELOX), com 88,23% de remoção. O modelo de pseudo-primeira ordem apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais. As capacidades máximas de adsorção foram de 172,7 mg/g para ELMC e ELOX, 161,18 mg/g para esfera de lignina não modificada (ELNM) e 84,43 mg/g para esfera de alginato de sódio puro (EALG). Para o corante vermelho do Congo, a cinética de adsorção ajustou-se melhor ao modelo de pseudo-segunda ordem. O modelo PSO demonstrou alta precisão nos valores de R² e capacidade predizer o valor da capacidade de adsorção (qe). Para lignina não modificada (LNM), os valores de qe foram 35,54, 66,58 e 155,24 mg/g para concentrações de 50, 100 e 250 mg/L, respectivamente; para lignina modificada com cloreto de colina (LMC), os valores foram 33,89, 65,95 e 165,79 mg/g. Os modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich não se ajustaram aos valores experimentais, com R² distantes do ideal. Portanto, o estudo de adsorção utilizando lignina modificada extraída do sabugo de milho demonstrou ser uma alternativa eficiente e sustentável para o tratamento de águas residuais, apresentando desempenho superior em comparação a materiais convencionais, como carvão ativado. Esse material é capaz de remover contaminantes presentes na água produzida durante a extração de petróleo, bem como o corante vermelho do Congo, frequentemente encontrado em efluentes da indústria têxtil. A lignina modificada apresentou alta capacidade de adsorção, destacando-se como uma solução promissora para mitigar impactos ambientais.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBRUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAWanderley Neto, Alcides de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/4789528535524269Silva, Dennys Correia daPadilha, Carlos Eduardo de AraújoFonseca, José Luis CardozoVélez, Harvey Alexander VillaSilva, Elano Costa2025-05-16T22:19:06Z2025-05-16T22:19:06Z2025-01-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, Elano Costa. Lignina extraída do sabugo de milho modificada como adsorvente de poluentes em efluentes industriais. Orientador: Dr. Alcides de Oliveira Wanderley Neto. 2025. 91f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63598info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2025-05-16T22:19:06Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/63598Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2025-05-16T22:19:06Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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