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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38485| Título: | Utilização do hidrocarvão ativado da casca do tamarindo (tamarindus indica l.) para remoção de metformina de soluções aquosas |
| Título(s) alternativo(s): | Use of tamarind shell (tamarindus indica l.) hydrochar for removal of metformin from aqueous solutions |
| Autor(es): | Mattos, Eyme Gabriele de |
| Orientador(es): | Menezes, Maraisa Lopes de |
| Palavras-chave: | Carbonização Resíduos orgânicos Adsorção Carbonization Organic wastes Adsorption |
| Data do documento: | 26-Ago-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Apucarana |
| Citação: | MATTOS, Eyme Gabriele de. Utilização do hidrocarvão ativado da casca do tamarindo (tamarindus indica l.) para remoção de metformina de soluções aquosas . 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Apucarana, 2025. |
| Resumo: | A presença de medicamentos como a metformina em corpos hídricos tem se tornado uma preocupação crescente devido aos impactos ambientais e riscos à saúde, uma vez que esses compostos não são totalmente removidos pelos tratamentos convencionais. A metformina, amplamente utilizada no tratamento de diabetes, é frequentemente encontrada em concentrações significativas em águas residuais. Nesse contexto, adsorventes produzidos a partir de resíduos agroindustriais surgem como uma alternativa promissora para a remoção desses contaminantes. Este trabalho avaliou o preparo e a caracterização de materiais adsorventes obtidos da casca de tamarindo submetida a diferentes tratamentos: casca in natura; casca ativada, com ativação química com hidróxido de potássio (KOH); hidrocarvão, obtido por carbonização hidrotermal a 180°C por 10 h; e o hidrocarvão ativado, que passou pela carbonização hidrotermal seguida de ativação química com KOH. Todos os materiais e, também, o carbono ativado comercial foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia dispersiva de energia de raios-x (EDS), análise de área específica por fisissorção do N2 (BET), ponto de carga zero (pHPCZ), quantidade de grupamentos ácidos e básicos, espectroscopia no infravermelho (FTIR) e análise termogravimétrica (TGA). As caracterizações evidenciaram modificações estruturais e químicas relevantes, especialmente no hidrocarvão ativado, que apresentou alterações na estrutura superficial, como mudanças nos grupos funcionais e aumento do teor de carbono, com quantidade similar ao do carbono ativado comercial, embora tenha ocorrido uma redução da área específica possivelmente devido ao colapso ou obstrução dos poros durante a ativação química. Os ensaios de adsorção conduzidos em batelada indicaram que o hidrocarvão ativado foi o adsorvente mais eficiente, alcançando 51% de remoção da metformina no ensaio preliminar, superando o carbono ativado comercial (44%). Os estudos subsequentes otimizaram as condições operacionais, evidenciando o melhor desempenho em pH 9,0 e com 50,00 mg de adsorvente, resultando em 69% de remoção. A cinética de adsorção para o hidrocarvão ativado foi melhor descrita pelo modelo de pseudossegunda ordem, com tempo de equilíbrio de, aproximadamente, 450 min. Para o carbono ativado comercial, o melhor ajuste obtido foi ao modelo de pseudoprimeira ordem, com capacidade de adsorção semelhante ao do hidrocarvão ativado. As isotermas de adsorção demonstraram melhores ajustes ao modelo de Sips para ambos os adsorventes, com capacidades máximas de adsorção próximas a 143,27 mg g⁻¹ para o hidrocarvão ativado e 148,97 mg g⁻¹ para o carbono ativado comercial, ambos a 55°C. A análise termodinâmica revelou que a adsorção pelo hidrocarvão ativado é endotérmica (∆H° = +63,43 kJ mol⁻¹) e favorecida pelo aumento da temperatura, enquanto a adsorção pelo carbono ativado comercial foi exotérmica (∆H° = −13,07 kJ mol⁻¹), indicando mecanismos distintos de adsorção. Os ensaios de dessorção demonstraram uma elevada eficiência no primeiro ciclo, com 94,97% de dessorção da metformina, mas com redução progressiva da eficiência em ciclos subsequentes, associada à diminuição dos grupos funcionais na superfície. Os resultados reforçaram o potencial do hidrocarvão ativado da casca de tamarindo na remoção do fármaco estudado. |
| Abstract: | The presence of pharmaceuticals such as metformin in water bodies has become a growing concern due to environmental impacts and health risks, as these compounds are not fully removed by conventional treatment processes. Metformin, widely used in the treatment of diabetes, is frequently found in significant concentrations in wastewater. In this context, adsorbents produced from agro-industrial residues have emerged as a promising alternative for the removal of such contaminants. This study evaluated the preparation and characterization of adsorbent materials obtained from tamarind shell subjected to different treatments: raw shell; activated shell, chemically activated with potassium hydroxide (KOH); hydrochar, obtained by hydrothermal carbonization at 180 °C for 10 hours; and activated hydrochar, which underwent hydrothermal carbonization followed by chemical activation with KOH. All materials, as well as commercial activated carbon, were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), specific surface area analysis by N₂ physisorption (BET), point of zero charge (pHPZC), quantification of acidic and basic surface groups, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and thermogravimetric analysis (TGA).The characterizations revealed relevant structural and chemical modifications, especially in the activated hydrochar, which showed changes in surface structure, such as modifications in functional groups and an increase in carbon content, reaching a level similar to that of commercial activated carbon. However, a decrease in specific surface area was observed, possibly due to pore collapse or blockage during chemical activation. Batch adsorption tests indicated that the activated hydrochar was the most efficient adsorbent, achieving 51% metformin removal in the preliminary test, surpassing commercial activated carbon (44%). Subsequent studies optimized the operational conditions, with the best performance observed at pH 9.0 and with 50.00 mg of adsorbent, resulting in 69% removal. The adsorption kinetics for activated hydrochar were best described by the pseudo-second-order model, with an equilibrium time of approximately 450 minutes. For commercial activated carbon, the best fit was to the pseudo-first-order model, with a similar adsorption capacity to that of activated hydrochar. The adsorption isotherms showed better fitting to the Sips model for both adsorbents, with maximum adsorption capacities close to 143.27 mg g⁻¹ for activated hydrochar and 148.97 mg g⁻¹ for commercial activated carbon, both at 55 °C. Thermodynamic analysis revealed that adsorption by activated hydrochar is endothermic (∆H° = +63.43 kJ mol⁻¹) and favored by increasing temperature, while adsorption by commercial activated carbon was exothermic (∆H° = −13.07 kJ mol⁻¹), indicating distinct adsorption mechanisms.Desorption tests showed high efficiency in the first cycle, with 94.97% metformin desorption, but a progressive reduction in efficiency in subsequent cycles, associated with the loss of surface functional groups. The results reinforced the potential of tamarind shell-derived activated hydrochar for the removal of the studied pharmaceutical. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38485 |
| Aparece nas coleções: | AP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
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