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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de partículas magnéticas de quitosana modificadas com etilenodiamina e ferro (III) e seu emprego na remoção de arsênio (V) de águas
Título(s) alternativo(s): Development of magnetic particles modified chitosan with ethylenediamine and iron (III) and its use in the removal of Arsenic(V) from water
Autor(es): Silva, Danilo de Castro
Primeiro Orientador: Bellato, Carlos Roberto
Primeiro coorientador: Teófilo, Reinaldo Francisco
Segundo coorientador: Oliveira, André Fernando de
Primeiro avaliador: Fernandes, Raphael Bragança Alves
Segundo avaliador: Moreira, Renata Pereira Lopes
Abstract: No presente trabalho, partículas magnéticas de quitosana quimicamente modificadas com etilenodiamina e ferro(III) (PMQ-EDA-Fe(III)) foram preparadas para a adsorção de íons As(V) e sua determinação foi feita por Espectrometria de Absorção Atômica utilizando um gerador de hidretos (EAA-GH). As partículas magnéticas PMQ-EDA-Fe(III) preparadas foram caracterizadas por meio de MEV, FTIR, CHN e difração de raio-X (XRD). As propriedades de adsorção das partículas magnéticas PMQ-EDA-Fe(III) para As(V) foram avaliadas. Vários fatores que afetam o comportamento da adsorção tais como pH, temperatura, tempo de contato, efeito de outros íons e dessorção foram estudados. O equilíbrio foi alcançado após 80 minutos aproximadamente para As(V) (50 mg L-1) em pH = 7. A cinética de adsorção segue o mecanismo da equação de pseudo-segunda ordem para todos os sistemas estudados, evidenciando sorção química como a etapa limitante do mecanismo de adsorção e não envolve uma transferência de massa em solução. Os dados de equilíbrio foram analisados usando os modelos de isoterma Langmuir e de Freundlich. De acordo com o modelo de Langmuir a C. capacidade máxima de adsorção foi 43,48 mg g-1 para As(V) a 40 ° As partículas PMQ-EDA-Fe(III) mostraram altas capacidades de adsorção para As(V). A inibição da adsorção pela competição de ânions foi dependente do tipo de espécie iônica presente. O arsenato ligado ao PMQ-EDA-Fe(III) foi regenerado com uma eficiência de cerca de 89,29 % no primeiro ciclo utilizando como solução extratora hidróxido de sódio 0,5 mol L-1 (NaOH) e após o 3° ciclo de reutilização, a eficiência reduziu para 55,74 %. Foram realizados estudos de adsorção utilizando-se colunas com diferentes alturas, variando de 2 a 5 cm, e com vazão de 1 e 2 mL min-1. Pela avaliação dos tempos de quebra de eficiência e tempo de saturação da coluna de leito fixo, pode-se observar que eles aumentam de acordo com o tamanho do leito e com a diminuição da vazão. A capacidade máxima de adsorção com a vazão de 2 xvi mL min-1 foi de 37,56 mg g-1 e com 1 mL min-1 foi de 25,39 mg g-1. A determinação dos parâmetros do modelo de Bohart e Adam mostraram uma boa capacidade de retenção de As(V), sendo a capacidade adsortiva por volume de leito (No) igual a 27,8 g L-1, e a constante cinética (K) igual a 0,063 L mg -1 h-1. O potencial de atuação do material adsorvente, também foi testado diante de amostras de águas naturais contaminadas por arsênio coletadas na região do Quadrilátero Ferrífero, MG. Os resultados das análises em água mostraram concentrações de As total variando entre 0,64 e 220,6 μg L-1, evidenciando que em algumas amostras as quantidades estão muito superiores ao limite máximo recomendado pelos órgãos brasileiros de monitoramento de águas destinadas ao consumo humano, que é de 10,0 μg L -1. Com isso, os níveis de remoção de As atingiram 98,39% com as PMQ-EDA-Fe(III).
In the present study, particles cross-linked magnetic chitosan modified with ethylenediamine and Fe(III) adsorption of (PMQ-EDA-Fe(III)) was prepared for As(V) ions. Prepared cross-linked magnetic PMQ-EDA-Fe(III) was characterized by means of SEM, FTIR, CHN and wide angle X-ray diffraction (XRD). The adsorption properties of cross-linked magnetic PMQ-EDA-Fe(III) toward As(V) were evaluated. Various factors affecting the uptake behavior such as pH, temperature, contact time, initial concentration of metal ion, effect of other ions and desorption were studied. The equilibrium was achieved after about 80 min for As(V) (50 mg L-1) at pH = 7. The adsorption kinetics followed the mechanism of the pseudo- second order equation for all systems studied, evidencing chemical sorption as the rate-limiting step of adsorption mechanism and not involving a mass transfer in solution. The equilibrium data were analyzed using the Langmuir and Freundlich isotherm models. According to the Langmuir model the maximum adsorption capacities were 43.48 mg g-1 for As(V) at 313.15 K. Cross-linked magnetic PMQ-EDA-Fe(III) displayed higher adsorption capacity for As(V). The inhibition by competition of anions was dependent on the type of ionic species. The metal ion-loaded cross-linked magnetic PMQ- EDA-Fe(III) were regenerated with an efficiency around 89.29 % using as -1 extracting solution sodium hydroxide 0.5 mol L (NaOH) on the first cycle and after 3th cycle of reuse, efficiency was reduced 55.74 %. Adsorption studies were performed using columns with different heights, varying from 2 to 5 cm and with flow rates of 1 and 2 mL min-1. It could be observed that the times of efficiency drops and saturation of the fixed bed column increase in accordance with size of the bed. The maximum adsorption capacity with a flow of 2 mL min -1 was 37.56 mg g-1 and for 1 mL min-1 was 25.39 mg g-1. Determination of parameters for the Bohart and Adam model presented good As(V) retention xviii capacity, where adsorptive capacity per volume of the bed, No equal to 27.8 g L-1 and the kinetic constant, K equal to 0.063 L mg -1 h-1. The actuation potential of the PMQ-EDA-Fe(III), was also tested using natural water samples contaminated with arsenic collected in the Iron Quadrangle region, MG. Results of the analyses in water showed total As concentrations varying between 0.64 and 220.6 μg L-1, demonstrating that in some samples this quantity is greater than the maximum limited recommended by Brazilian administration for monitoring of water destined for human consumption, which is 10.0 μg L -1. The As removal rate was 98.39% with the PMQ-EDA-Fe(III).
Palavras-chave: Adsorção
Quitosana
Arsênio (V)
Adsorption, Chitosan, Arsenic (V)
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Agroquímica analítica; Agroquímica inorgânica e Físico-química; Agroquímica orgânica
Programa: Mestrado em Agroquímica
Citação: SILVA, Danilo de Castro. Development of magnetic particles modified chitosan with ethylenediamine and iron (III) and its use in the removal of Arsenic(V) from water. 2013. 122 f. Dissertação (Mestrado em Agroquímica analítica; Agroquímica inorgânica e Físico-química; Agroquímica orgânica) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2013.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/2158
Data do documento: 24-Jul-2013
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