Produção de esferas de celulose e alginato com adição de nanopartículas de magnetita para sorção de íons cádmio e níquel

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dc.contributor.advisorCarvalho, Gizilene Maria de
dc.contributor.authorGomes, Vinicius Augusto de Melo
dc.contributor.bancaCorazza, Marcela Zanetti
dc.contributor.bancaBittencourt, Paulo Rodrigo Stival
dc.coverage.extent138 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-10-03T16:31:43Z
dc.date.available2024-10-03T16:31:43Z
dc.date.issued2024-02-28
dc.description.abstractO lançamento de íons metálicos potencialmente tóxicos em recursos hídricos é um problema ambiental recorrente da atualidade ocasionado pelo crescimento industrial e urbano que compromete toda fauna e flora do ambiente poluído. A aplicação de sorventes biodegradáveis no tratamento de efluentes é uma alternativa viável para remoção de íons metálicos em meio aquoso por ser uma técnica de baixo custo e sustentáveis. Este trabalho investiga o efeito da incorporação de magnetita (MAG) em esferas biodegradáveis de celulose e alginato produzidas para serem utilizadas como sorventes na sorção não-competitiva e competitiva dos íons cádmio (Cd2+) e níquel (Ni2+). A MAG sintetizada por co-precipitação foi dispersa na proporção de 30% (m/m) nas soluções de 3% (m/v) das matrizes poliméricas. As esferas CEL e CEL/MAG foram preparadas por gotejamento em ácido sulfúrico (H2SO4) (10% v/v) e ALG; ALG/MAG; CEL/ALG e CEL/ALG/MAG por gelificação iônica em cloreto de cálcio (CaCl2) (3% m/v). Realizou-se os ensaios de Intumescimento (INT), Solubilidade (S) e as caracterizações estruturais e morfológicas foram executadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier com Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Difração de Raio-x (DRX) e fisiossorção de Nitrogênio (N2). Os ensaios de sorção não-competitiva foram realizados em batelada com soluções de Cd2+ e Ni2+ na concentração de 0,09 mmol L-1 e para dessorção, utilizou-se uma solução de HNO3 de diferentes concentrações em Ca(NO3) 0,1 mol L-1. Para a sorção competitiva utilizou-se diferentes soluções dos íons metálicos mantendo a concentração (1:1). A incorporação de MAG nas esferas resultaram em efeitos no INT, S, cristalinidade e morfologia. Nos ensaios de sorção não-competitiva somente as esferas ALG/MAG, CEL/ALG e CEL/ALG/MAG apresentaram eficiências satisfatórias na remoção de Cd2+ (superiores à 95%) e do Ni2+ (entre 63% e 94%). Os dados de dessorção e os espectros de FTIR sugeriram que os íons estão sorvidos por quimissorção na superfície externa (Cd2+) e interna (Ni2+) dos sorventes, porém, a degradação das esferas foi observada em soluções ácidas, inviabilizando sua reutilização. Na sorção competitiva, as esferas CEL/ALG e CEL/ALG/MAG apresentaram maiores seletividade para a remoção de Cd2+, enquanto que as esferas ALG/MAG não apresentaram seletividade entre os íons Cd2+ e Ni2+. De acordo com os dados de sorção competitiva, não foi possível correlacionar o efeito da propriedade magnética da MAG com a seletividade de remoção. Portanto, os fatores que interferem na eficiência de remoção na sorção competitiva estão relacionados com propriedades periódicas (raio atômico, iônico e de hidratação) dos íons metálicos, como também, a afinidade da matriz polimérica pelo sorvato. Com base nos ajustes dos modelos cinéticos pseudo primeira e segunda ordem e das isotermas de Langmuir e Freundlich foram possíveis o entendimento dos mecanismos envolvidos no processo de sorção não-competitiva e competitiva.
dc.description.abstractother1The release of potentially toxic metal ions into water resources is a current recurring environmental problem caused by industrial and urban growth that compromises all fauna and flora in the polluted environment. The application of biodegradable sorbents in the treatment of effluents is a viable alternative for removing metal ions in aqueous media as it is a low-cost and sustainable technique. This work investigates the effect of incorporating magnetite (MAG) into biodegradable cellulose and alginate beads produced to be used as sorbents in the non-competitive and competitive sorption of cadmium (Cd2+) and nickel (Ni2+) ions. The MAG synthesized by co-precipitation was dispersed at a proportion of 30% (w/w) in 3% (w/v) solutions of the polymeric matrices. CEL and CEL/MAG beads were prepared by dripping in sulfuric acid (H2SO4¬) (10 v/v) and ALG; ALG/MAG; CEL/ALG and CEL/ALG/MAG by ionic gelation in calcium chloride (CaCl2) 3% (w/v). Swelling (INT), Solubility (S) and structural and morphological characterization tests were carried out using Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy with Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR), X-Ray Diffraction (XRD) and nitrogen physisorption (N2). Non-competitive sorption tests were carried out in batches with Cd2+ and Ni2+ solutions at a concentration of 0.09 mmol L-1 and for desorption an HNO3 solution of different concentrations in Ca(NO3) was used 0.1 mol L-1. For competitive sorption, different solutions of metal ions were used, maintaining the concentration (1:1). The incorporation of MAG into the beads resulted in effects on INT, S, crystallinity and morphology. At the non-competitive sorption tests, only the ALG/MAG, CEL/ALG and CEL/ALG/MAG beads showed satisfactory efficiencies in removing Cd2+ (greater than 95%) and Ni2+ (between 63% and 94%). Desorption data and FTIR spectrum suggested that the ions are sorbed by chemisorption on the external (Cd2+) and internal (Ni2+) surface of the sorbents, however, the degradation of the beads were observed in acidic solutions, turning their reuse unfeasible. In competitive sorption, the CEL/ALG and CEL/ALG/MAG beads showed greater selectivity for the removal of Cd2+, while the ALG/MAG beads did not show selectivity between Cd2+ and Ni2+ ions. According to the competitive sorption data, it was not possible to correlate the effect of the magnetic property of MAG with the removal selectivity. Therefore, the factors that interfere with the removal efficiency in competitive sorption are related to periodic properties (atomic, ionic and hydration radius) of metal ions, as well as the affinity of the polymeric matrix for sorbate. Based on the adjustments of the pseudo first and second order kinetic models and the Langmuir and Freundlich isotherms, it was possible to understand the mechanisms involved in the non-competitive and competitive sorption process.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17877
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectBiopolímeros
dc.subjectSorventes
dc.subjectCompósitos
dc.subjectBlendas
dc.subjectReticulação
dc.subjectQuímica
dc.subjectÍons metálicos - Especiação química
dc.subjectNanocompósitos (Materiais)
dc.subjectMeio ambiente
dc.subjectÁgua polução
dc.subjectCelulose
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsBiopolymers
dc.subject.keywordsSorbents
dc.subject.keywordsComposites
dc.subject.keywordsBlends
dc.subject.keywordsCross link
dc.subject.keywordsChemical
dc.subject.keywordsMetal ions - Chemical speciation
dc.subject.keywordsNanocomposites (Materials)
dc.subject.keywordsEnvironment
dc.subject.keywordsWater pollution
dc.subject.keywordsCellulose
dc.titleProdução de esferas de celulose e alginato com adição de nanopartículas de magnetita para sorção de íons cádmio e níquel
dc.title.alternativeProduction of cellulose and alginate beads with addition of magnetite nanoparticles for sorption of cadmium and nickel ions
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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