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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27567| Título: | Remoção do corante reativo azul 5g de um efluente sintético com separação por membrana e adsorção em casca de pinhão |
| Título(s) alternativo(s): | Removal of the 5G blue reactive dye from a synthetic effluent with membrane separation and adsorption on pine nut shell |
| Autor(es): | Gama, Lucas |
| Orientador(es): | Pereira, Nehemias Curvelo |
| Palavras-chave: | Filtração por membranas Ultrafiltração Adsorção Celulose Membrane separation Ultrafiltration Adsorption Cellulose |
| Data do documento: | 12-Nov-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Apucarana |
| Citação: | GAMA, Lucas. Remoção do corante reativo azul 5g de um efluente sintético com separação por membrana e adsorção em casca de pinhão. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Apucarana, 2021. |
| Resumo: | O setor têxtil é conhecido pelo alto consumo de água, gerando uma grande quantidade de efluente contendo concentrações elevadas de corantes. Devido à natureza tóxica desses compostos, diferentes métodos foram desenvolvidos para o tratamento de efluentes. A casca do pinhão, que geralmente é considerada um resíduo, sendo descartada, é um possível biossorvente, em virtude da sua composição lignocelulósica. O presente trabalho teve por objetivo a aplicação do método de separação por membrana e adsorção em casca de pinhão para remoção do corante reativo Azul 5G de um efluente sintético. O corante foi caracterizado em termos de tamanho de partícula e grupos funcionais. No processo de separação por membranas, utilizouse membranas de polietersulfona e celulose regenerada, em um módulo de filtração frontal. Para a caracterização do adsorvente, foram feitas análises de PCZ, BET, FTIR, MEV e TGA. As isotermas de equilíbrio foram realizadas nas temperaturas de 30, 40 e 50°C, e as cinéticas de adsorção, nas concentrações de 10, 50, e 90 ppm. O processo combinado de separação por membranas seguido de adsorção em casca de pinhão foi realizado nas melhores condições encontradas nos ensaios. Na caracterização do corante, o tamanho de partícula cresceu com o aumento da concentração apenas na temperatura de 30 °C e pH 2. A membrana de celulose regenerada apresentou os melhores resultados, com uma permeabilidade hidráulica de 158,10 kg h1 m2 bar1, e uma remoção máxima de corante de 35,9%, na concentração de 50 ppm, pressão de 0,5 bar, com agitação. O processo de limpeza foi eficiente para as duas membranas, com recuperação total do fluxo permeado. Na a caracterização do adsorvente, um PCZ de 5,6 foi encontrado. O material apresentou uma estrutura majoritariamente macroporosa, com área específica de 5,14 m2 g-1. As análises de FTIR do corante, e do adsorvente antes e depois da adsorção, indicaram que os principais grupos envolvidos na adsorção são hidroxilas e carbonilas do adsorvente. Na análise da influência do pH, o melhor resultado de adsorção foi obtido no pH 2. Todas as isotermas foram favoráveis, no qual os melhores resultados foram obtidos na temperatura de 50°C, com uma capacidade máxima de adsorção de 83,38 mg g-1, e uma remoção de corante de 85% para a concentração inicial de 50 ppm, e 75,7% para a de 70 ppm. O modelo de Freundlich apresentou o melhor ajuste. Na cinética de adsorção, o aumento da concentração deslocou o equilíbrio, sendo alcançado, no máximo, em 4 horas. O modelo que melhor descreveu o processo foi o de pseudo segunda ordem. Os parâmetros termodinâmicos mostraram que a adsorção em casca de pinhão é um processo físico, endotérmico, e ocorre de maneira espontânea. O processo combinado de separação por membranas seguido de adsorção em casca de pinhão obteve concentrações finais de 0,6 e 5,4 mg L-1 para as concentrações iniciais de 50 e 70 mg L-1, respectivamente, demonstrando que a combinação desses dois processos na remoção do corante reativo Azul 5G de efluentes têxteis é eficiente e uma alternativa ambiental e economicamente viável. |
| Abstract: | The textile industry is recognized for its high level of water consumption, which results in a large quantity of wastewater containing high concentration of dyes. Due to the toxic character of these compounds, diverse methods were developed for the treatment of effluents. The pine nut shell, commonly discarded as a residue, is a viable biosorbent, because of its lignocellulosic composition. This work aimed at applying the methods of membrane separation and adsorption on pine nut shells to remove the reactive blue 5G dye from synthetic effluents. The dye was characterized in terms of particle size and functional groups. In the membrane separation process, polyethersulfone and regenerated cellulose membranes were utilized in a deadend membrane module. For the adsorbent’s characterization, PCZ, BET, FTIR, MEV and TGA analysis were carried out. Equilibrium isotherms were performed at 30, 40 and 50ºC temperature, and adsorption kinetics in the concentration of 10, 50 and 90 ppm. The combined process of membrane separation followed by adsorption on the pine nut shell was applied considering the best operating conditions found. During the dye’s characterization, the size of the particle grew with the concentration increase only at 30ºC and pH 2. The regenerated cellulose membrane provided the best results, with a hydraulic permeability of 158,10 kg h1 m2 bar1 and maximum dye removal of 35,9%. This was performed with a 50 ppm concentration, 0,5 bar pressure and agitation. The cleaning process was efficient for the two membranes, and the permeated flow was fully recovered. In the adsorbent’s characterization, a 5,6 PCZ was found. The material showed a structure that was mostly macroporous, with an specific area of 5,14 m2 g-1. The FTIR analysis of the dye and the adsorbent before and after the adsorption, suggested that the hydroxyl and carboxyl are the main functional groups associated with the adsorption. After analysing the influence of pH, the best adsorption result was achieved at pH 2. All of the isotherms were favorable, and the best results were obtained at 50ºC, with a maximum adsorption capacity of 83,38 mg g-1, and 85% of dye removal for the initial concentration of 50 ppm, whereas 75% for the 70 ppm concentration. The Freundlich model was shown as the best adjustment. In adsorption kinetics, the increase in concentration shifted the equilibrium, which was achieved in 4 hours, at most. The pseudosecond order model was the one that best described the process. The thermodynamic parameters revealed that the adsorption on pine nut shells is a physical and endothermic process that occurs spontaneously. The combined process of membrane separation followed by adsorption on pine nut shells obtained the final concentrations of 0,6 and 5,4 mg L-1 for the initial concentrations of 50 and 70 mg L-1, respectively, demonstrating that these processes combination is efficient in removing the reactive blue 5G dye from textile effluents and it is an environmentally and economically viable alternative. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27567 |
| Aparece nas coleções: | AP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
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