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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.18.2019.tde-19032019-164203
Document
Auteur
Nom complet
Hugo André Soares de Araújo
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2018
Directeur
Jury
Corbi, Juliano José (Président)
Barud, Hernane da Silva
Campana Filho, Sergio Paulo
Titre en portugais
A utilização de pérolas de quitosana para adsorção de cromo hexavalente em coluna de leito fixo
Mots-clés en portugais
Adsorção
Coluna de leito fixo
Cromo hexavalente
Curva de ruptura
Quitosana
Teste de toxicidade
Resumé en portugais
A intensificação da degradação ambiental impulsionada pelas atividades antrópicas tem comprometido a qualidade da água. A presença de metais potencialmente tóxicos no ambiente provoca diversos impactos na fauna e flora, como, por exemplo, o processo de magnificação trófica. Assim, é fundamental que estudos de adsorção desses contaminantes sejam realizados, a fim de buscar novos métodos que permitam a remoção dos mesmos no meio aquático. O metal crômio está nos efluentes de diversos processos industriais, como curtumes, refino de petróleo, galvanoplastia, soldagem e cromagem. Esse metal na forma hexavalente possuí efeito tóxico a biota e riscos à saúde humana, indicando a necessidade da realização de estudos para sua remoção de efluentes industriais e corpos d'água. O biopolímero quitosana tem sido reportado em diversos estudos como bioadsorvente de alto potencial de retenção de metais, por conta da presença de amino-grupos em sua estrutura. Além disso, a quitosana possui propriedades singulares e é obtida da quitina, um dos biopolímeros mais abundantes na natureza. Com a finalidade de avaliar a capacidade de adsorção de Cr (VI) pelo biopolímero quitosana em forma de pérolas (P-QTS), realizou-se ensaios de adsorção em processo contínuo com diferentes concentrações do metal cromo em coluna de leito fixo, preenchida pelo material adsorvente (P-QTS). Além disso, realizou-se testes de toxicidade com os organismos Daphnia magna, Allonais inaequalis e Chironomus xanthus no afluente e efluente da coluna de adsorção, buscando avaliar a toxicidade dessas amostras para os organismos e a consequente eficácia do tratamento da solução de dicromato de potássio na coluna de leito fixo com as P-QTS. As curvas de ruptura indicaram que para as maiores concentrações de K2Cr2O7 houve intensificação da saturação da CALF (coluna de adsorção de leito fixo), e, consequentemente, a zona de transferência de massa (ZTM) se deslocou no sentido descendente do leito fixo da coluna de adsorção. A razão C/Co (concentração efluente/concentração afluente) aumentou de maneira significativa no decorrer do ensaio para as maiores concentrações afluentes (25 e 28,5 mg L-1) de K2Cr2O7 alcançando valores de até 0,4, e, isso demonstra a saturação de parte das P-QTS na coluna de leito fixo. De maneira geral, a remoção de Cr VI foi alta (superior a 50% e atingindo a máxima de 98%) para os tempos estudados na presente pesquisa, sendo maior nos menores tempos (60 e 120 min) do ensaio, estado em que os sítios ativos para adsorção das P-QTS provavelmente estavam livres. Da extração do cromo das P-QTS obteve-se valor máximo de 8,18 mg g-1 e mínimo de 0,42 mg g-1 de massa adsorvida por massa de adsorvente, o que indica variação de acordo com a concentração da solução de K2Cr2O7 afluente a CALF, ou seja, para as maiores concentrações, maior a quantidade adsorvida de Cr VI por massa de adsorvente (P-QTS). Alguns pesquisadores obtiveram relação de 2,6 mg de crômio (III) /g de quitosana indicando que as P-QTS na coluna de leito fixo possuem boa capacidade de adsorção. Os testes de toxicidade mostraram diferentes sensibilidades dos organismos-teste às soluções de dicromato de potássio, sendo na ordem decrescente: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. A coluna de adsorção de leito fixo diminuiu, de modo geral, a mortalidade dos organismos-teste comparando o afluente e efluente, principalmente das amostras efluentes de menor tempo (60 e 120 min) de ensaio de adsorção. A média de comprimento das larvas de C. xanthus reduziu (10,07 mm > 8,34 mm > 4,59 mm), de modo geral, a medida que o tempo de ensaio (60, 120 e 180 min) aumentou, indicando aumento da concentração de Cr VI nos efluentes.
Titre en anglais
The use of chitosan beads for adsorption of hexavalent chromium in fixed bed column
Mots-clés en anglais
Adsorption
Breakthrough curve
Chitosan
Fixed bed column
Hexavalent chromium
Toxicity test
Resumé en anglais
The intensification of environmental degradation driven by anthropic activities has led to a decrease in water quality. The presence of potentially toxic metals in the environment causes several impacts on fauna and flora, such as the trophic magnification process. Thus, it is fundamental that adsorption studies of these contaminants are carried out in order to search for new methods that allow their removal in the aquatic environment. Chromium metal is in the effluents of various industrial processes, such as tanning, petroleum refining, electroplating, welding and chrome plating. The chromium in the hexavalent form has a toxic effect on biota and risks to human health, indicating the need to carry out studies to your removal of industrial effluents and water bodies. The biopolymer chitosan has been reported in several studies as bioadsorbent with high potential for metal retention, due to the presence of amino groups in its structure. In addition, chitosan has unique properties and is obtained from chitin, one of the most abundant biopolymers in nature. In order to evaluate the Cr (VI) adsorption capacity of the chitosan biopolymer in the form of beads (P-QTS), adsorption tests were carried out in continuous process with different concentrations of the chromium metal in a fixed bed column, filled by adsorbent material (P-QTS). Besides that, toxicity tests were carried out with the organisms Daphnia magna, Allonais inaequalis and Chironomus xanthus on the affluent and effluent of the adsorption column, seeking to evaluate the toxicity of these samples to the organisms and the consequent effectiveness of the treatment of potassium dichromate solution in the fixed bed column with the P-QTS. The breakthrough curves indicated that for the higher concentrations of K2Cr2O7 there was an increase in the saturation of the CALF (fixed bed adsorption column), and consequently the mass transfer zone (ZTM) moved downwards from the fixed bed of the column of adsorption. The C/Co (affluent concentration/effluent concentration) ratio increased significantly during the test for the highest affluent concentrations, reaching values of up to 0.4 for the affluent concentrations of 25 and 28.5 mg L-1 of K2Cr2O7, and this demonstrates the saturation of part of the P-QTS in the fixed bed column. The removal of Cr VI was high (higher than 50% and reaching a maximum of 98%) for the times studied in the present study, but it was higher in the lower times (60 and 120 min) of the test, in which the active sites for adsorption of P-QTS probably were free. From the extraction of chromium from P-QTS, a maximum value of 8.18 mg g-1 and a minimum of 0.42 mg g-1 was obtained, which indicates variation according to the concentration of the K2Cr2O7 solution affluent to CALF, i.e the adsorbed amount of Cr VI per adsorbent mass (P-QTS) is higher at higher concentrations. Some authors have obtained a ratio of 2.6 mg of chromium (III) / g of chitosan indicating that the P-QTS in the fixed bed column have good adsorption capacity. The toxicity tests showed different sensitivities of the test organisms to the solutions of potassium dichromate, being in descending order: Chironomus xanthus < Allonais inaequalis < Daphnia magna. The fixed-bed adsorption column decreased the mortality of the test organisms by comparing the affluent and the effluent, mainly from the effluent samples with the shortest adsorption test time (60 and 120 min). The mean length of the C. xanthus larvae decreased (10.07 mm> 8.34 mm> 4.59 mm), generally as the test time (60, 120 and 180 min) increased, indicating rise in Cr VI concentration in the effluents.
 
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Date de Publication
2019-03-26
 
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