Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese, caracterização e aplicação na remoção de corante reativo em efluente sintético
Ano de defesa: | 2020 |
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
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Resumo: | A indústria têxtil apresenta uma altíssima demanda de recursos hídricos e, em consequência, gera grandes volumes de efluentes com elevada carga poluidora. Dentre os contaminantes presentes, os corantes têxteis, ao conferirem cor a corpos receptores, têm papel de destaque no apelo ambiental. Sob esse aspecto, neste trabalho foi proposto um aproveitamento cíclico de resíduos têxteis sólidos, cujos destinos habituais apontam para produtos com baixo valor agregado, para síntese de carvão ativado e posterior aplicação na remoção de corantes de efluentes desse mesmo setor industrial. Utilizou-se, para tanto, fibras 100% algodão (RFA), principal matriz natural da indústria têxtil. O RFA foi impregnado com H3PO4 e pirolisado em forno tubular vertical a uma taxa de 5 °Cmin-1 e permanência por 3 h em 500 °C sob fluxo de N2(g), obtendo-se o carvão ativado de tecido (CAT). Foi utilizado um carvão ativado disponível comercialmente (CAC) como parâmetro de comparação direta. O corante Novacron VermelhoS-B foi utilizado como adsorbato por enquadrar-se em categorias de vasta utilização nesse setor. O RFA demonstrou ter baixo teor de carbono fixo (Cfixo = 2,98%), estrutura semicristalina (IC = 77,88%) de celulose tipo Ia e morfologia em fita plana torcida com ausência de poros na sua superfície. Por outro lado, o RFA+H3PO4 apresentou aumento de sua estabilidade e disponibilidade de carbono para a síntese de carvão ativado pelo surgimento de pontes fosfatadas que promoveram crosslinking na matriz celulósica, resultando em um rendimento de pirólise satisfatório (hpir = 60,145 %). Os carvões CAT e CAC apresentaram morfologias irregulares, estruturas predominantemente amorfas e pontos isoelétricos próximos (pHiso = 2,62 e 2,29, respectivamente), tendo o CAT exibido propriedades texturais (SBET = 1096 m2 g-1; VTP= 0,81 cm3 g-1; dPm = 1,5 nm) superiores frente ao CAC. Os ensaios de adsorção atingiram uma remoção máxima de 75,41% e 65,36% para o CAT e CAC, respectivamente, em 12 h (pH = 2, [VSB]0 = 50 ppm, INaCl = 0,05 molL-1). Ambos os sistemas se ajustaram melhor ao modelo cinético de pseudo segunda ordem (R2 CAT = 0,995 e R2 CAC = 0,997) com constantes cinéticas de k2,CAT = 2194,163 gmg-1 min-1 e k2,CAC = 2167,879 gmg-1 min-1. Os dados de isotermas de equilíbrio denotaram um processo de adsorção físico e favorável com capacidades de adsorção máximas de qmax,CAT = 131,238 mgg-1 e qmax,CAC = 58,915mgg-1. Foi obtido um melhor ajuste ao modelo de Freundlich para o CAT (R2 = 0,991) e ao de Langmuir para o CAC (R2 = 0,999), atestando a presença de sítios heterogêneos e homogêneos de adsorção, respectivamente. Desse modo, os resultados obtidos sugerem a viabilidade da utilização desses resíduos como fonte de carbono para a produção de carvão ativado e a adequabilidade destes para a remoção de corantes. |
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Costa, João Gabriel BezerraNunes, Andrea OliveiraLopes, Francisco Wendell BezerraOliveira, Katherine Carrilho deSousa, Magna Angélica dos Santos BezerraMoriyama, Andre Luis Lopes2020-10-05T18:22:40Z2020-10-05T18:22:40Z2020-06-05COSTA, João Gabriel Bezerra. Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese, caracterização e aplicação na remoção de corante reativo em efluente sintético. 2020. 88f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/30256A indústria têxtil apresenta uma altíssima demanda de recursos hídricos e, em consequência, gera grandes volumes de efluentes com elevada carga poluidora. Dentre os contaminantes presentes, os corantes têxteis, ao conferirem cor a corpos receptores, têm papel de destaque no apelo ambiental. Sob esse aspecto, neste trabalho foi proposto um aproveitamento cíclico de resíduos têxteis sólidos, cujos destinos habituais apontam para produtos com baixo valor agregado, para síntese de carvão ativado e posterior aplicação na remoção de corantes de efluentes desse mesmo setor industrial. Utilizou-se, para tanto, fibras 100% algodão (RFA), principal matriz natural da indústria têxtil. O RFA foi impregnado com H3PO4 e pirolisado em forno tubular vertical a uma taxa de 5 °Cmin-1 e permanência por 3 h em 500 °C sob fluxo de N2(g), obtendo-se o carvão ativado de tecido (CAT). Foi utilizado um carvão ativado disponível comercialmente (CAC) como parâmetro de comparação direta. O corante Novacron VermelhoS-B foi utilizado como adsorbato por enquadrar-se em categorias de vasta utilização nesse setor. O RFA demonstrou ter baixo teor de carbono fixo (Cfixo = 2,98%), estrutura semicristalina (IC = 77,88%) de celulose tipo Ia e morfologia em fita plana torcida com ausência de poros na sua superfície. Por outro lado, o RFA+H3PO4 apresentou aumento de sua estabilidade e disponibilidade de carbono para a síntese de carvão ativado pelo surgimento de pontes fosfatadas que promoveram crosslinking na matriz celulósica, resultando em um rendimento de pirólise satisfatório (hpir = 60,145 %). Os carvões CAT e CAC apresentaram morfologias irregulares, estruturas predominantemente amorfas e pontos isoelétricos próximos (pHiso = 2,62 e 2,29, respectivamente), tendo o CAT exibido propriedades texturais (SBET = 1096 m2 g-1; VTP= 0,81 cm3 g-1; dPm = 1,5 nm) superiores frente ao CAC. Os ensaios de adsorção atingiram uma remoção máxima de 75,41% e 65,36% para o CAT e CAC, respectivamente, em 12 h (pH = 2, [VSB]0 = 50 ppm, INaCl = 0,05 molL-1). Ambos os sistemas se ajustaram melhor ao modelo cinético de pseudo segunda ordem (R2 CAT = 0,995 e R2 CAC = 0,997) com constantes cinéticas de k2,CAT = 2194,163 gmg-1 min-1 e k2,CAC = 2167,879 gmg-1 min-1. Os dados de isotermas de equilíbrio denotaram um processo de adsorção físico e favorável com capacidades de adsorção máximas de qmax,CAT = 131,238 mgg-1 e qmax,CAC = 58,915mgg-1. Foi obtido um melhor ajuste ao modelo de Freundlich para o CAT (R2 = 0,991) e ao de Langmuir para o CAC (R2 = 0,999), atestando a presença de sítios heterogêneos e homogêneos de adsorção, respectivamente. Desse modo, os resultados obtidos sugerem a viabilidade da utilização desses resíduos como fonte de carbono para a produção de carvão ativado e a adequabilidade destes para a remoção de corantes.The textile industry demands an enormous amount of water resources, thence generates large volumes of wastewater with a high polluting potential. Among these contaminants, textile dyes, since they give color to water bodies, appear to have a distinctive role in the environmental approach. Regarding this, the present work proposes a cyclical reuse of the solid textile waste, whose usual destinations point to low added value products, for the synthesis of activated carbon and removal of dyes from textile wastewater. Therefore, 100% cotton fibers (RFA), which are the main natural matrix of the textile industry, were used. The RFA was impregnated with H3PO4 and pyrolyzed in a vertical tubular oven at a rate of 5 °Cmin-1 and remained for 3 h at 500 ° C under N2(g) flow, obtaining the activated carbon (CAT). A commercial activated carbon (CAC) was used as a direct comparison parameter. Novacron Red S-B was used as adsorbate for fitting in categories that are widely used in that sector. The RFA showed low fixed carbon content (Cfixo = 2.98%), semi-crystalline structure (IC = 77.88%) of type Iα cellulose and flat twisted ribbon morphology with no pores on its surface. On the other hand, RFA+H3PO4 showed an increase in its stability and carbon availability for the synthesis of activated carbon by the appearance of phosphate bridges that promoted crosslinking of cellulose chains, resulting in a satisfactory pyrolysis yield (ηpir = 60.145 %). CAT and CAC coals showed irregular morphologies, amorphous structures and close isoelectric points (pHiso = 2.62 and 2.29, respectively), with CAT showing better textural properties (SBET=1096 m2 g-1; VTP = 0.81 cm3 g-1; dPm = 1.5 nm) when compared to CAC. The adsorption tests reached a maximum removal of 75.41% and 65.36% for CAT and CAC, respectively, at 12 h (pH = 2, [VSB]0 = 50 ppm, INaCl = 0,05 molL-1). Both systems fitted better to pseudo-second order kinetic model (R2 CAT = 0.995 and R2 CAC = 0.997) with k2,CAT = 2194.163 gmg-1 min-1 and k2,CAC = 2167.879 gmg-1 min-1. The equilibrium isotherm data denoted a physical and favorable adsorption process with maximum adsorption capacities of qmax,CAT = 131.238 mgg-1 and qmax,CAC = 58.915 mgg-1. A better fit was obtained for the Freundlich model for CAT (R2 = 0.991) and for Langmuir for CAC (R2 = 0.999), indicating heterogeneous and homogeneous adsorptions sites, respectively. Therefore, these results suggest the viability of those residues as carbon sources for activated carbon production and its suitability for dye removal.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFRNBrasilEfluente têxtilRemoção de coranteResíduo de fibra de algodão (RFA)AdsorçãoCarvão ativado de tecido (CAT)Carvão ativado a partir de resíduo têxtil: síntese, caracterização e aplicação na remoção de corante reativo em efluente sintéticoActive carbon from textile waste: synthesis, characterization and application on the removal of reactive dye from a synthetic wastewaterinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALCarvaoativadopartir_Costa_2020.pdfapplication/pdf12975215https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/30256/1/Carvaoativadopartir_Costa_2020.pdfa56bfbe11acf4bcb528224eb6beda247MD51TEXTCarvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.txtCarvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.txtExtracted texttext/plain141403https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/30256/2/Carvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.txt5243951fa60f3111af46882cb272d458MD52THUMBNAILCarvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.jpgCarvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1351https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/30256/3/Carvaoativadopartir_Costa_2020.pdf.jpg33b5f7b8b143e93eb8814a24f42725edMD53123456789/302562020-10-11 04:39:05.117oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/30256Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2020-10-11T07:39:05Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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