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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32080| Título: | Adsorção e dessorção de fosfato em solução aquosa utilizando novo compósito desenvolvido a partir de concreto aerado autoclavado com cimento branco |
| Título(s) alternativo(s): | Phosphate adsorption and desorption in solution using new composite developed from aerated concrete autoclaved with white cement |
| Autor(es): | Kuhn, Daiane Cristine |
| Orientador(es): | Cavalho, Karina Querne de |
| Palavras-chave: | Águas residuais - Purificação - Remoção de fosfato Eutrofização Adsorção Cinética química Construção civil - Eliminação de resíduos Sustentabilidade Resíduos como material de construção Dessorção térmica Sewage - Purification - Phosphate removal Eutrophication Adsorption Chemical kinetics Building - Waste disposal Sustainability Waste products as building materials Thermal desorption |
| Data do documento: | 31-Jul-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | KUHN, Daiane Cristine. Adsorção e dessorção de fosfato em solução aquosa utilizando novo compósito desenvolvido a partir de concreto aerado autoclavado com cimento branco. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | A adsorção de fosfato (PO4-3) de soluções aquosas em resíduos de construção à base de concreto representa uma técnica de baixo custo, não tóxica e sustentável, minimizando impactos ambientais e prevenindo problemas de saúde. Neste trabalho foram avaliadas a adsorção e a dessorção do PO4-3 de soluções aquosas usando concreto aerado autoclavado (CA), cimento branco (CB) e concreto aerado autoclavado ativado com cimento branco (CC), representando um adsorvente inovador. Características texturais, morfológicas e físico-químicas foram determinadas nos adsorventes. Posteriormente, foram realizados ensaios para obtenção das condições ótimas com planejamento estatístico pelo método do delineamento composto central rotacional (DCCR). Ensaios cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos de adsorção e dessorção (25, 35 e 45 ºC) foram executados a partir das condições ótimas verificadas. Ensaios com ciclos de adsorção e dessorção de PO4-3 foram realizados. Para adsorção em coluna de leito de fixo, foi realizado o DCCR, variando a vazão afluente e a massa dos adsorventes. A ativação modificou algumas propriedades dos adsorventes, aumentando a rugosidade e irregularidade na superfície do CC. Além disso, maiores teores de CaO foram observadas no CC (59,52%) em relação ao CA (9,91%), influenciando no mecanismo de adsorção. As eficiências de adsorção nas condições ótimas no CA, CC e CB resultaram em 99,99, 99,99 e 96,60%, respectivamente. O modelo de PSO representou melhor a adsorção para CA (0,29 mg g-1; pH 6,35). Para CC (0,54 mg g-1; pH 6,53) e CB (54,68 mg g-1; pH 7,5) os modelos de PPO e PSO representaram melhor a adsorção. Nas isotermas de adsorção, o modelo de Freundlich se destacou para CA (9,10 mg g-1). Os modelos de Langmuir e Redlich-Peterson melhor representaram a adsorção no CC (3,90 mg g- 1). Para CB (59,53 mg g-1), os modelos de Redlich-Peterson, Freundlich e Langmuir se destacaram na adsorção. Quanto a cinética da dessorção, foram obtidas capacidades de dessorção para CA e CC de 0,19 e 0,39 mg g-1. Os ensaios de isoterma de dessorção revelaram capacidades de dessorção de 0,45 e 1,97 mg g-1 para CA e CC. Não foi observada dessorção para CB. A adsorção (no CA, CC e CB) e a dessorção (no CA e CC) apresentaram reações espontâneas de natureza exotérmica e endotérmica. Após os ciclos de adsorção/dessorção as eficiências de adsorção diminuíram para CA e CC. Por outro lado, a eficiência de dessorção aumentou para CA e diminuiu para CC após os ciclos. Os mecanismos propostos para a adsorção estão relacionados à adsorção em hidróxidos e óxidos de Fe e Al, precipitação de fosfatos de cálcio e atração eletrostática. Os mecanismos propostos da dessorção são a repulsão eletrostática e a troca iônica para CA e CC. Nos ensaios com a coluna de leito fixo foram obtidas as condições ótimas de vazão afluente e massa de adsorvente para CA (8,44 g e 1,30 mL min-1), CC (5,00 g e 1,00 mL min-1) e CB (0,27 g e 3,50 mL min-1). Os adsorventes alternativos CA, CC e CB foram adequados para aumentar a capacidade de adsorção e dessorção de fosfato. |
| Abstract: | Phosphate (PO4-3) adsorption from aqueous solutions in concrete-based construction waste represents a low-cost, non-toxic, and sustainable technique, minimizing environmental impacts and preventing health problems. In this work, the adsorption and desorption of PO4-3 from aqueous solutions using autoclaved aerated concrete (CA), white cement (CB), and autoclaved aerated concrete activated with white cement (CC) were evaluated, representing an innovative adsorbent. Textured, morphological, and physical-chemical characteristics were determined in the adsorbents. Subsequently, tests were carried out to obtain optimal conditions with statistical planning using the rotational central composite design (DCCR) method. Kinetic, equilibrium, and thermodynamic adsorption and desorption tests (25, 35, and 45 ºC) were performed based on the verified optimal conditions. Assays with phosphate adsorption and desorption cycles were conducted. For adsorption in a fixed bed column, the DCCR was carried out, varying the influent flow and the mass of the adsorbents. Activation modified some properties of the adsorbents, increasing roughness and irregularity on the CC surface. Furthermore, higher CaO contents were observed in CC (59.52%) compared to CA (9.91%), influencing adsorption. Adsorption efficiencies under optimal conditions in CA, CC, and CB resulted in 99.99, 99.99 and 96.60%, respectively. The PSO model better represented the adsorption for CA (0.29 mg g-1; pH 6.35). For CC (0.54 mg g-1; pH 6.53) and CB (54.68 mg g-1; pH 7.5) the PFO and PSO models better represented the adsorption. In the adsorption isotherms, the Freundlich model stood out for CA (9.10 mg g-1). The Langmuir and RedlichPeterson models better represented the adsorption in CC (3.90 mg g-1). For CB (59.53 mg g-1), the Redlich-Peterson, Freundlich, and Langmuir models excelled in adsorption. As for transfer kinetics, transfer resources for AC and CC were 0.19 and 0.39 mg g-1. Desorption isotherm tests revealed desorption capacities of 0.45 and 1.97 mg g-1 for CA and CC. No desorption was observed for CB. Adsorption (in CA, CC, and CB) and desorption (in CA and CC) showed spontaneous reactions of exothermic and endothermic nature. After the adsorption/desorption cycles, the adsorption efficiencies decreased for CA and CC. On the other hand, the desorption efficiency increased for CA and decreased for CC after the cycles. The proposed mechanisms for adsorption are related to adsorption on Fe and Al hydroxides and oxides, precipitation of calcium phosphates, and electrostatic attraction. The proposed desorption mechanisms are electrostatic repulsion and ion exchange for AC and DC. In the assays with the fixed bed column, the optimal conditions of influent flow and adsorbent mass were obtained for CA (8.44 g and 1.30 mL min-1), CC (5.00 g and 1.00 mL min-1) and CB (0.27 g and 3.50 mL min-1). The alternative adsorbents CA, CC, and CB were suitable for increasing the phosphate adsorption and desorption capacity. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32080 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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