Estudo de adsorção do corante natural norbixina em microesferas de quitosana reticuladas com glutaraldeído

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Química.Este trabalho teve por objetivo verificar a capacidade de adsorção do corante natural norbixina em microesferas de quitosana reticuladas com glutaraldeído. As microesferas puras e reticuladas foram caracterizadas por IV, TGA, DSC e MEV. A análise de IV indicou a formação de uma ligação de imina entre a quitosana e o corante, confirmando o processo de reticulação. As análises de TGA e DSC confirmam a presença de novo material. A estrutura externa obtida das microesferas mostrou-se sem fissuras ou porosidade aparente. Os estudos de dependência do pH na adsorção do corante mostram que o pH ótimo de adsorção ocorreu em pH 6,0. A partir dos estudos cinéticos verificou-se que o equilíbrio de adsorção foi atingido em torno de 9 horas. A constante de velocidade foi calculada, sendo encontrado k = 5,63 x 10-4 min.-1. O estudo da isoterma de adsorção foi interpretado utilizando o modelo proposto por Freundlich. Com os resultados da isoterma verifica-se que a adsorção do corante pelas microesferas reticuladas com glutaraldeído é favorável

Estudo da adsorção de cobre (II) usando como adsorvente pó da casca de coco verde ativada com hidróxido de sódio

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Curso de Química.A poluição por metais pesados vem se tornando um sério problema ambiental. O uso de biomassas como adsorvente para a remoção de metais tóxicos de efluentes industriais aparece como uma alternativa promissora às tecnologias existentes. Dentro deste contexto surge a casca de coco verde, que pode ser utilizada como adsorvente apresentando como uma vantagem o baixo custo do material. O objetivo deste trabalho de conclusão de curso foi determinar a capacidade de adsorção de cobre (II) pela casca de coco verde tratada com NaOH 0,1 mol L-1. No processo de adsorção foram avaliados o efeito do pH na adsorção, o mecanismo cinético de adsorção, o equilíbrio de adsorção, e a dessorção do metal. Observou-se que a adsorção de cobre (II) é dependente do pH da solução e a quantidade máxima adsorvida ocorreu em pH 6,0. O estudo cinético revelou que o equilíbrio foi atingido em 9 horas. Os modelos cinéticos de pseudo primeira-ordem, pseudo segunda-ordem e difusão intrapartícula, em suas formas linearizadas, foram testados para avaliar o mecanismo cinético que controla o processo de adsorção. Verificou-se que o modelo de pseudo segunda-ordem foi o que melhor correlacionou os dados experimentais. Obtiveram-se boas percentagens de remoção para o cobre (II), sendo que, em concentrações inicias inferiores a 100 mg g-1 foram obtidas percentagens de remoção entre 40 a 96,1%. Para a interpretação dos dados de equilíbrio de adsorção, foram utilizados os modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich. A análise dos resultados permitiu concluir que o modelo de isoterma de Langmuir forneceu o melhor ajuste dos dados experimentais para o sistema estudado. A capacidade máxima de adsorção (qm ) observada para o adsorvente foi de 13,04 mg g-1. O estudo de dessorção do íon metálico cobre (II), foi realizado com soluções eluentes de HNO3 e EDTA em diferentes concentrações, e revelou que a melhor performance de dessorção de cobre (II) ocorreu com solução de EDTA. Os resultados apresentados mostram que a casca de coco verde apresenta as características apropriadas para o processo de adsorção de cobre (II) e que pode ser utilizada como uma alternativa de descontaminação de efluentes

Influência da temperatura na adsorção do corante azul de metileno utilizando serragem de Pinus elliottii como um adsorvente alternativo: um modelo para o tratamento de efluentes têxteis

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Química.A técnica de adsorção sólido-líquido utilizando adsorventes de baixo custo vem mostrando resultados promissores na redução de substâncias coloridas em efluentes têxteis. Neste trabalho foi utilizada serragem de Pinus elliottii como adsorvente para o corante azul de metileno (AM). Os experimentos de adsorção foram estudados em três temperaturas (25°C, 35°C e 45°C), com cinco soluções de diferentes concentrações de AM (400, 600, 800, 1000 e 1200 mg dm-3) mantendo-se a mesma velocidade de agitação e pH. A cinética de adsorção foi estudada utilizando espectrofotometria UV-Vis para o cálculo das concentrações, e os dados foram ajustados de acordo com o modelo de pseudoprimeira ordem de Lagergren. Para o equilíbrio termodinâmico foram empregadas as equações de Langmuir e de Freundlich, sendo que os dados se ajustaram melhor ao modelo de Langmuir. A constante de velocidade de adsorção diminui com o aumento da concentração inicial e a adsorção exige tempos maiores para atingir o equilíbrio. O aumento da temperatura causou uma diminuição na quantidade máxima adsorvida, porém aumentou a velocidade de adsorção, diminuindo o tempo para atingir o equilíbrio. Através dos gráficos de Arrhenius e Eyring foram calculados os parâmetros cinéticos Ea, ΔG, ΔH e ΔS, e com o gráfico de van’t Hoff foram calculados os parâmetros termodinâmicos ΔG°ads, ΔH°ads e ΔS°ads

Impregnação do agente quelante 3,3-bis-n,n di-(carboximetil) Aminometil-o-cresol-sulfonaftaleína (alaranjado de xilenol) No biopolímero quitosana. Equilíbrio de adsorção dos íons Metálicos cobre (ii) e chumbo (ii) em meio aquoso

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Química.A proposta deste trabalho foi impregnar o agente quelante 3,3-bis-N,N,di-(carboximetil) aminometil-o- cresol sulfonaftaleína (alaranjado de xilenol, AX) na quitosana. Os estudos de adsorção foram conduzidos inicialmente com o íon Cu (II). A variação da acidez e basicidade da solução revelou que o pH ótimo de adsorção foi de 4,0. A cinética de adsorção foi testada utilizando três modelos: pseudo primeira-ordem, pseudo segunda-ordem e difusão intrapartícula. Os dados experimentais da cinética se adequaram melhor ao modelo de pseudo segundaordem, apresentando uma constante de velocidade, k2, de 1,21 x 10-3 g mg-1 min-1. A velocidade de adsorção foi dependente do íon cobre (II) na superfície do adsorvente e da quantidade de íons cobre (II) adsorvido no equilíbrio. A partir dos dados de equilíbrio de adsorção foi determinada a capacidade máxima de adsorção de íons cobre pela nova resina quelante, apresentando um valor de 81,0 mg g-1. Os ensaios de adsorção de chumbo (II) pela nova resina quelante revelaram que o pH ótimo de adsorção foi de 7,0. Também neste estudo o modelo cinético de pseudo segundaordem foi o que melhor adequou os dados experimentais apresentando uma constante de velocidade de 18,80 x 10-3 g mg-1 min-1. O valor da capacidade máxima de adsorção dos íons chumbo (II) pelo novo adsorvente foi de 7,11 mg g-1 obtida a partir da isoterma de adsorção

Remoção de H2S por meio de adsorção em óxido de ferro granular

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2013.O biogás é uma mistura gasosa, proveniente da decomposição anaeróbia de matéria orgânica, e que apresenta grande potencial para aproveitamento energético devido ao seu elevado teor de metano. Para promover uma queima eficiente em sistemas de conversão de energia, porém, alguns dos gases presentes no biogás devem ser eliminados ou ter sua concentração reduzida, como é o caso do sulfeto de hidrogênio (H2S). Esta dissertação pretende abordar a remoção de H2S por meio de óxido de ferro granular. O objetivo desse trabalho foi avaliar a eficiência de remoção de H2S a partir de uma mistura sintética, composta por 200 ppm de deste gás e balanço em N2, com o uso de óxido de ferro granular em uma coluna de 5,8 cm de diâmetro interno. O material granular utilizado é um resíduo proveniente do processo de obtenção do ácido sulfúrico a partir da pirita carbonosa, e que contém em sua composição 98% de hematita (Fe2O3). Foram realizados ensaios para se avaliar qual a melhor combinação entre a quantidade de material e velocidade linear do gás através da coluna, que proporcionassem as melhores eficiências de remoção de H2S. Os ensaios demonstraram que para velocidade linear de 1,0 cm.s-1 e coluna preenchida com 7,5 cm de material, ocorreu a remoção de 0,209 mgH2S.g-1 óxido de ferro granular. Para velocidade linear de 5,0 cm.s-1 e coluna preenchida com 30,0 cm de material, a capacidade de adsorção de H2S encontrada foi de 0,233 mg H2S. g-1 óxido de ferro granular. Os valores resultantes para velocidades lineares e quantidades de material distintas indicaram que para melhores capacidades de remoção de H2S com este material deve-se buscar aliar baixas velocidades lineares do gás e coluna preenchida com grande quantidade de óxido de ferro granular. A comparação da superfície específica BET encontrada entre o óxido de ferro granular utilizado, de 10,12 cm²-g-1 de material, e materiais comerciais utilizados para o mesmo fim, demonstra que o material utilizado nos experimentos apresenta baixa capacidade de remoção de H2S. O valor encontrado para o raio médio dos poros, de 267,2 nm, é classificado na faixa de macroporos, sendo que esta característica também evidencia a baixa capacidade de adsorção de H2S deste tipo de óxido de ferro granular.Abstract : Biogas is a gas mixture, originated from anaerobic decomposition of organic matter, which presents great energy potential due to its high methane content. To promote efficient energy conversion of biogas in engines, however, some of the gases presented in the mixture must be disposed of or have their concentration reduced, as hydrogen sulfide (H2S). This research aims to assess the removal of H2S by adsorption on granular iron oxide. This evaluation was conducted by making a synthetic gas mixture containing 200 ppm of H2S in balance with N2 run through a column of 5.8 cm of internal diameter, filled with granular iron oxide as adsorbent. The iron oxide used is composed 98% of hematite (Fe2O3), and it is a byproduct of the sulfuric acid formation, which uses carbonaceous pyrite as raw material. Tests to evaluate the best combination between the amount of granular iron oxide and linear gas velocity values were performed, in order to provide the best H2S removal efficiency. The tests have shown that for linear gas velocity of 1.0 cm.s-1 and column filled with 7.5 cm of granular iron oxide led to a removal of 0.209 mgH2S.g-1 of granular iron oxide. For a linear velocity of 5.0 cm.s -1 and column filled with 30.0 cm of granular iron oxide, the adsorption capacity found was 0,233 mg H2S.g-1 of granular iron oxide. The resulting values for distinct linear gas velocities and amount of material used indicate that the best H2S removal capacities can be achieved combining low linear gas velocity values and great loads of granular iron oxide. A comparison of the BET surface area found to the granular iron oxide used, of 10.12 cm ² .g- 1 of material , with the commercial materials used for the same purpose, demonstrated that the granular iron oxide used in the tests presents a low H2S removal capacity. The value found for the average pore radius, of 267.2 nm , is classified in the macropore range, and this feature also indicates a low H2S adsorption capacity for this type of granular iron oxide

3D Printed Adsorbent Materials – A tool for climate change mitigation?

In recent decades, an increase of research has been carried out on adsorbents for the adsorption of gases that contribute to the increase of the greenhouse effect and damaging of the ozone layer, as well as on the structuring of these adsorbents for pressure swing adsorption (PSA), using traditional techniques such as mold extrusion, tape casting and freeze casting. A modern 3D printing technique was applied in the formulation of a metal organic framework (MOF) adsorbent in monolithic and cylindrical geometries to reduce the pressure drop in adsorption columns related to the use of the adsorbents in powder form. All the stages are described for the selection of a final paste containing 90% mass percentage of MIL-53(Al) adsorbent, 4% of polyvinyl alcohol, 3% of hydropropyl methyl cellulose and 3% of bentonite clay. The formulated paste was printed on a fused deposition modelling (FDM) type 3D printer, where multiple parameters such as the print speed, heating plate temperature, wall thickness and extruder screw rotation were studied. The optimized parameters in the 3D printing of cylindrical structured adsorbent are as follows; printing speed – 3mm/s and temperature of printing – 60ºC. Additionally, the optimized parameters in the 3D printing of monolith structured adsorbents are as follows; printing speed – 5mm/s, temperature of printing – 40ºC and height of print layer – 0,4mm. After the structuring, the paste sample was subjected to several characterization tests in order to compare the sample prepared paste to the adsorbent powder. The performed tests consisted on equilibrium tests of carbone dioxide and methane, thermogravimetric analysis (TGA), 77K nitrogen adsorption, FTIR, SEM and helium pycnometry. Some changes were noted in the microporous structure when comparing the results of the printed sample with the adsorbent powder, as well as losses of adsorption capacity of 38,75 % and 47,53% at 15,5 and 1,6 bar respectively in carbon dioxide, and 60,86% and 71,68% at 16 and 2,13 bar respectively in methane. Through the obtained results, it is concluded that, despite the vast potential and the successful printing of cylindrical pieces, the 3D printing technique proved not to be completely effective in the production of printed pieces in monolithic form using a paste with adsorbent and binders

Extração de cu (ii) de soluções alcóolicas empregando hidrogel de quitosana/epicloridrina

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Curso de Química.Em processos industriais é importante fazer uso do controle de qualidade para que produtos industrializados entrem no mercado dentro dos padrões estipulados pelos órgãos que normatizam as regras de controle sanitário da produção, da comercialização de produtos e serviços, dos processos, dos insumos e das tecnologias a eles relacionados. Um dos maiores problemas enfrentados pela indústria é o tratamento do rejeito da produção e traços de contaminantes em produtos comerciais. Os metais estão entre os contaminantes que apresentam grande preocupação devido a sua bioacumulação. Considerando que os metais não são biodegradáveis, sua remoção apresenta grandes dificuldades. Métodos convencionais para remoção, tais como precipitação química, separação por membrana, evaporação, osmose reversa e eletrólise, tornam-se ineficientes quando os metais estão presentes em nível de traços e em grandes volumes de solução. O uso de adsorventes, tais como carvão ativado e materiais microbianos, tem sido empregado. Entretanto, todas estas técnicas têm suas vantagens e limitações inerentes. Por exemplo, carvão ativado requer agentes complexantes para melhorar sua performance na remoção de materiais inorgânicos. Resinas de troca iônica são eficientes, mas têm custo elevado. Uma alternativa mais eficaz e de baixo custo é a utilização de materiais de origem biológica, chamados de bioadsorventes, dentre os quais destaca-se a quitosana cuja capacidade de remoção está associada à presença dos grupos amino e hidroxila livres, os quais se comportam como sítios de coordenação ao metal (Guinesi et. al., 2007). O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo material capaz de adsorver o íon Cu (II) de soluções alcoólicas, utilizando o biopolímero quitosana reticulado com epicloridrina na forma de hidrogel. Verificando a viabilidade do adsorvente, este poderá ser aplicado em estudos de remoção de metais em destilados e mesmo em álcool combustível

Comportamento dos íons pb(ii) e cd(ii) na Interface óxido - solução aquosa

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Química.Para um maior conhecimento referente ao movimento (transporte e mobilidade) de íons metálicos, na interface sólido-solução aquosa, é necessário avaliar o comportamento dos íons metálicos com relação a adsorção/dessorção dos mesmos em vários tipos de superfícies. A cinética e o equilíbrio na adsorção das espécies metálicas Pb(II) e Cd(II) em relação aos adsorventes argilominerais, como a hematita e a alumina dependem da presença de sítios do adsorvente que estejam disponíveis para ligação. No presente estudo é descrito o comportamento de Pb(II) e do Cd(II) em solução na presença de γ-alumina e α-hematita, utilizando-se diferentes técnicas analíticas que foram otimizadas. As determinações de Pb(II) utilizando um eletrodo íon seletivo, mostram: i) limite de detecção (2,44±0,50) x10-6 mol L-1 e, ii) limite de quantificação de (6,11±0,50) x 10-6 mol L-1. Os resultados da intracalibração entre os métodos espectrofluorimétrico e de eletrodo seletivo a íon , para determinar Pb(II) na presença de γ-alumina são satisfatórios. O tempo de equilíbrio para a adsorção do Cd(II) e Pb(II) em γ-alumina e α-hematita mostram que após um tempo de menos de uma hora é atingido o equilíbrio. Os parâmetros de Langmuir calculados para adsorção de Pb(II) em γ- alumina mostram uma capacidade de adsorção de 22 g Kg-1 de γ-alumina e uma constante de Langmuir de 2,36 x 106 mol L-1

Formulation of New 3D Printed Porous Media for Gas Adsorption Application

The innovative technology of 3D printing was applied in the development of formulations for structuration of adsorbent materials. The goal was the application of structured materials in separation processes of adsorption. The stages of development of a paste made of 13X zeolite, composed by 94% adsorbent, 4.8% polyvinyl alcohol and 1.2% citric acid, are presented. The structuration of the adsorbent with honeycomb and hollow cylinder configurations is described, using the innovative technique of additive manufacture from the developed paste. Additionally, parameters that influence the process were studied: i) printing speed, engine’s number of rotations and temperature of the mobile plate of the equipment, ii) layer height and wall thickness of the printed materials. The present work was done in an FDM-type 3D printer (Fused Deposition Modeling), with an adapted carrier for paste extrusion. The printed adsorbing materials were characterized with thermogravimetric (TG) analysis, nitrogen adsorption at 77K, mercury porosimetry, helium pycnometry and adsorption equilibrium with CO2. The results of the material’s characterization were compared with those obtained by the characterization of the base 13X zeolite as well as the literature. It was observed that using the 3D printing technique does not significantly influence the textural characteristics or the adsorption properties of the adsorbing material, and even presents advantages compared to the more conventional processes of structuration of adsorbent materials with a binder. A 13% loss of CO2 adsorption capacity, in comparison to the original zeolite, was observed in the printed part. It is concluded that 3D printing has potential to be an alternative to structuration of adsorbent materials with complex configurations, and consequently larger surface areas and porous volumes available to adsorption, which can improve the efficiency of processes such as PSA (Pressure Swing Adsorption), which is commercially established for separation/purification of gases. The efficiency is ensured, as it maintains the reduced pressure drop along the process’s columns while overcoming the mass and heat transfer limitations induced by structured adsorbent materials through more conventional methods and with simplified geometries