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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.85.2015.tde-06032015-141323
Documento
Autor
Nome completo
Carina Pitwak Magdalena
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Fungaro, Denise Alves (Presidente)
Bresolin, Igor Tadeu Lazzarotto
Izidoro, Juliana de Carvalho
Pereira, Camilo Dias Seabra
Reyes, Erika
Título em português
Síntese de zeólitas de cinzas de carvão modificada por surfactante e aplicação na remoção de ácido laranja 8 de solução aquosa: estudo em leito móvel, coluna de leito fixo e avaliação ecotoxicológica
Palavras-chave em português
adsorção
coluna de leito fixo
Daphnia similis
surfactante
zeólita modificada
Resumo em português
No presente estudo, material zeolítico sintetizado a partir de cinzas de carvão e modificado por surfactante catiônico foi utilizado na remoção do corante ácido laranja 8 (AL8) por processo de adsorção utilizando leito móvel e coluna de leito fixo. As matérias primas e os adsorventes foram caracterizados por diferentes técnicas, tais como: difração de raios-x, fluorescência de raios-X, entre outras. A adsorção do AL8 foi realizada por leito móvel com o objetivo de otimizar os resultados quando lançados em leito fixo. Os efeitos na adsorção do AL8 sobre zeólita foram comparados: (1) efeito dos contra-íons Br- e Cl- do surfactante usado na modificação da zeólita; (2) efeito do tipo de cinzas de carvão usada como matéria prima na síntese das zeólitas (leve e pesada). Os seguintes adsorventes foram utilizados no estudo: zeólita leve e pesada modificada por surfactante brometo de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Br e ZPMS-Br) e zeólita leve modificada por surfactante cloreto de hexadeciltrimetilamônio (ZLMS-Cl). A cinética de pseudo-segunda-ordem descreveu a adsorção do corante sobre todos os adsorventes. O tempo de equilíbrio alcançado foi 40, 60 e 120 min para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, respectivamente. O equilíbrio de adsorção foi analisado pelas equações dos modelos das isotermas lineares e não lineares de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevivh (DR) e o critério de melhor ajuste foi avaliado usando as funções erros. O modelo DR ajustou-se melhor aos dados experimentais para o sistema AL8/ZLMS-Br, o modelo de Freundlich para AL8/ZLMS-Cl e Langmuir para AL8/ZPMS. Segundo Langmuir a capacidade máxima de adsorção foi 4,67 , 1,48 e 1,38 mg g-1 para ZLMS-Br, ZLMS-Cl e ZPMS-Br, nesta ordem. Nos estudos empregando-se colunas de leito fixo, os efeitos da concentração de entrada (20 - 30 mg L-1), vazão de alimentação (4,0 - 5,3 mL min-1) e a altura do leito (5,5 - 6,5 cm) sobre as características da curva de ruptura no sistema de adsorção foram determinados. Os modelos Bohart-Adams, Thomas, Yoon-Nelson foram aplicados aos dados experimentais para a previsão das curvas de ruptura e para a determinação dos parâmetros que caracterizam a coluna. Os modelos matemáticos de Thomas e Yoon-Nelson se ajustaram satisfatoriamenete aos dados das curvas de ruptura. A maior capacidade total de remoção do AL8 pela coluna de leito fixo apresentou o valor de 5,30 mg g-1 obtida com a concentração do corante de 30 mg L-1, altura do leito de 5,5 cm e uma vazão de alimentação de 5,3 mL min-1. Os ensaios de ecotoxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis com o efluente bruto (AL8) e após tratamento com zeólita leve modificada com surfactante foram realizados com o propósito de avaliar evidências de uma possível contaminação quando lançados no corpo hídrico receptor. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que as amostras do corante AL8 em solução aquosa não apresentou efeito tóxico e as amostras tratadas com ZLMS-Br apresentaram toxicidade.
Título em inglês
Synthesis of zeolites coal ash in surfactant modified in application and removal of orange 8 acid solution: study in batch, fixed bed column and evaluation ecotoxicological
Palavras-chave em inglês
adsorption
bed colunm
Daphnia similis
modified zeolite
surfactant
Resumo em inglês
In this study, synthesized zeolitic material from coal ash and modified cationic surfactant was used for removing the acid dye Orange 8 (AL8) by adsorption process using moving bed and fixed-bed column. The raw material and adsorbents were characterized by different techniques, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, among others. The adsorption of AL8 was performed by moving bed in order to optimize the results when they are launched in a fixed bed. The effects of adsorption on zeolite AL8 were compared: (1) Effect of counterions Br- and Cl- surfactant used in the modification of the zeolite; (2) effect of type of coal ash used as raw material in the synthesis of zeolites (fly and bottom). The following adsorbents were used in the study: fly and bottom zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (ZLMS-Br-Br and ZPMS-Br) and fly zeolite modified by surfactant hexadecyltrimethylammonium chloride (ZLMS-Cl). The pseudo-second-order kinetic described the adsorption of the dye on all adsorbents. The equilibrium time was reached 40, 60 and 120 min for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, respectively. The adsorption equilibrium was analyzed by the equations of the models of linear and nonlinear isotherms of Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevivh (DR) and the criterion of best fit was evaluated using the error functions.The DR model was adjusted better to the experimental data for the system AL8 / ZLMS-Br, the Freundlich model for AL8 / ZLMS-Cl and Langmuir for AL8 / ZPMS. According to the Langmuir maximum adsorption capacity was 4.67, 1.48 and 1.38 mg g-1 for ZLMS-Br, ZLMS-Cl and ZPMS-Br, in order. In studies employing fixed bed columns, the effects of inlet concentration (20-30 mg L-1), flow rate (4.0 -5.3 mL min-1) and the bed height (5, 5 - 6.5 cm) above the breakthrough curves characteristics in the adsorption system were determined. The Adams-Bohart, Thomas, Yoon-Nelson models were applied to experimental data to predict the breakthrough curves and to determine the parameters that characterize the column. The mathematical models of Thomas and Yoon-Nelson adjusted well to the data of breakthrough curves. The highest bed capacity of 5.3 mg g-1 was obtained using 30 mg L-1 inlet Acid Orange 8 concentration, 5.5 cm bed height and 5.3 mL min-1 flow rate. Acute ecotoxicity tests using Daphnia similis microcrustacean with wastewater (AL8) and after treatment with surfactant modified zeolite were carried out with the purpose of evaluating evidence of possible contamination when launched on the receiving water body. The results of this study showed that samples AL8 dye in aqueous solution does not show any toxic effect, and the treated samples showed toxicity with ZLMS-Br.
 
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Data de Publicação
2015-03-19
 
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