Reaproveitamento de bagaço de cana de açúcar para a remoção de mercúrio em soluções aquosas

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Data

2023-02-27

Orientador

Antunes, Maria Lúcia Pereira
Rosa, André Henrique

Coorientador

Pós-graduação

Ciências Ambientais - Sorocaba

Curso de graduação

Título da Revista

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Título de Volume

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Dissertação de mestrado

Direito de acesso

Acesso abertoAcesso Aberto

Resumo

Resumo (português)

A adsorção de íons metálicos com resíduos agroindustriais tem mostrado resultados promissores na remediação de aguas contaminadas. Não obstante, a porcentagem de remoção depende das propriedades do adsorvente, pelo que é necessário a aplicação de técnicas que melhorem suas características. Neste sentido, o tratamento com plasma é uma tecnologia propicia para modificar a superfície dos materiais tanto física como quimicamente. Por conseguinte, o presente estudo tem como intuito investigar a eficiência de remoção do mercúrio de soluções aquosas utilizando bagaço de cana de açúcar tratado pela técnica de plasma. Para isso, a biomassa bruta e pirolisada a uma temperatura de 300°C (biochar), foi tratada em um reator de plasma de baixa temperatura, utilizando hexafluoreto de enxofre (SF6) como gás de trabalho. Foram estudados três tempos de tratamento (2, 30 e 60 min) com três potências fixas (80, 190 e 300 W); e uma pressão de trabalho de 16 Pa. Os efeitos das modificações foram avaliados pelas seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS/MEV) e infravermelho por transformação de Fourier (FTIR). Foi realizado um estudo comparativo da porcentagem de remoção de mercúrio com os adsorventes obtidos e avaliado o pH de carga zero na faixa de 2 a 12. Posteriormente foi realizado um desenho experimental aplicando a metodologia de superfície de resposta para definir o melhor adsorvente e as melhores características para o estudo de cinética e de isotermas de adsorção. Os resultados das caracterizações indicam algumas alterações nas estruturas dos materiais, relacionadas principalmente com o aumento da porosidade. Além disso, foi possível confirmar a incorporação do flúor em todos os adsorventes, mas o enxofre só foi detectado em algumas amostras. Os espectros do FTIR confirmaram a presença destes elementos, ressaltando as bandas CF e SO. O adsorvente que teve um melhor efeito do tratamento com plasma para a remoção de mercúrio foi o bagaço de cana de açúcar tratado com uma potência de 300 W durante 60 min, com uma porcentagem de remoção de um 83,67% em comparação ao bagaço de cana de açúcar sem tratamento que foi de 57,95%. O mecanismo de adsorção apresenta comportamento tanto físico como químico, mas destaca-se a quimissorção. O modelo de Freundlick teve um melhor ajuste aos dados experimentais com um R2 de 0,98. Como conclusão final pode-se dizer que a tecnologia a plasma tem a capacidade de melhorar tanto as características físicas como químicas do adsorvente de bagaço de cana de açúcar.

Resumo (inglês)

The adsorption of metal ions with agroindustrial residues has shown promising results in the remediation of contaminated water. However, the percentage of removal depends on the properties of the adsorbent, so it is necessary to apply techniques to improve its characteristics. In this sense, plasma treatment is a suitable technology to modify the surface of the materials both physically and chemically. Therefore, the present study aims to investigate the efficiency of mercury removal from aqueous solutions using sugarcane bagasse treated by plasma technique. For this purpose, raw and pyrolyzed biomass at a temperature of 300°C (biochar), was treated in a low temperature plasma reactor using sulfur hexafluoride (SF6) as a working gas. Three treatment times (2, 30 and 60 min) with three fixed powers (80, 190 and 300 W); and a working pressure of 16 Pa were studied. The effects of the modifications were evaluated by the following techniques: scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS/SEM) and Fourier transform infrared (FTIR). A comparative study of the percentage removal of mercury was carried out, for the obtained adsorbents and The point of zero charge was evaluated in the range of 2 to 12. Subsequently, an experimental design was carried out applying the response surface methodology to define the best adsorbent and the best characteristics for the study of kinetics and adsorption isotherms. The results of the characterizations indicate some alterations in the structures of the materials, mainly related to the increase in porosity. Furthermore, it was possible to confirm the incorporation of fluoride in all adsorbents, but sulfur was only detected in some samples. The FTIR spectra confirmed the presence of these elements, highlighting the CF and SO bands. The adsorbent that had a better effect of plasma treatment for mercury removal was the sugar cane bagasse treated with a power of 300 W for 60 min, with a removal percentage of 83.67% compared to the untreated sugar cane bagasse that was 57.95%. The adsorption mechanism shows both physical and chemical behavior, but chemisorption stands out. The Freundlick model had a better fit to the experimental data with an R2 of 0.98. As conclusion, it can be said that the plasma technology has the ability to improve both the physical and chemical characteristics of the sugarcane bagasse adsorbent.

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Português

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