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Título: Elaboração e aplicação de nanoadsorventes magnéticos do tipo MnFe2O4@ɣ-Fe2O3@CTAB para remoção de Direct Yellow 12 de soluções aquosas
Autor(es): Brito, Paulo Henrique Michels
Orientador(es): Campos, Alex Fabiano Cortez
Assunto: Nanoadsorventes magnéticos
Corantes
Águas residuais
Data de publicação: 6-Set-2017
Data de defesa: 17-Jul-2017
Citação: BRITO, Paulo Henrique Michels. Elaboração e aplicação de nanoadsorventes magnéticos do tipo MnFe2O4@ɣ-Fe2O3@CTAB para remoção de Direct Yellow 12 de soluções aquosas. 2016. xv, 82 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)–Universidade de Brasília, Planaltina, 2016.
Resumo: O presente estudo objetivou a proposição de uma nova nanotecnologia para remoção do corante Direct Yellow 12 de meios aquosos, baseada no uso de nanoadsorventes magnéticos de custo reduzido, com pouca geração de resíduos e baixo potencial de impactos ambientais. Indústrias têxteis e de tintas utilizam uma grande quantidade de corantes, pigmentos e metais perigosos com alto potencial de poluição dos efluentes. Métodos tradicionais para a remoção da coloração das águas residuais incluem: separação por membranas, degradação biológica, oxidação química, coagulação e floculação. Mais recentemente, alguns métodos com base na separação química magneticamente assistida têm sido propostos, por serem mais eficientes e gerarem menos resíduos. Nesse contexto, foi proposta a síntese, a caracterização e a aplicação de nanoadsorventes magnéticos à base de nanopartículas de ferrita funcionalizadas com brometo de cetiltrimetilamônio. Os nanoadsorventes foram sintetizados a partir do método de coprecipitação em meio alcalino, com posterior tratamento de superfície, resultando em nanopartículas core-shell do tipo MnFe2O4@ɣ-Fe2O3. O controle do pH do meio permitiu a obtenção de amostras de dois tamanhos médios distintos. A funcionalização da superfície das nanopartículas se deu com a adição de brometo de cetiltrimetilamônio em meio aquoso em pH = 10. O estudo da cinética de adsorção, e da influência do pH, da concentração inicial de corante e da taxa de agitação no processo de adsorção foram estudados em soluções padronizadas de poluente com 0,5 g / L de nanoadsorvente. Após o processo de adsorção, os nanoadsorventes carregados com os poluentes foram separados com ímã de Nd-Fe-B, e a concentração final de Direct Yellow 12 na solução decantada foi determinada por espectroscopia UV-VIS em comprimento de onda de 396 nm. Os resultados foram analisados a partir dos modelos de Langmuir e Freundlich, evidenciando-se que o tamanho médio das nanopartículas possui influência importante sobre a adsorção do Direct Yellow 12. Os nanoadsorventes se mostraram mais eficientes em pH = 5,0. O tempo de contato necessário para atingir o equilíbrio foi de 30 minutos. Constatou-se que a capacidade máxima de adsorção foi aproximadamente 108% maior para o nanoadsorvente de menor tamanho médio (58,49 mg/g contra 28,10 mg/g) devido a sua maior área superficial. Finalmente, os nanoadsorventes foram recuperados a partir de ciclos de lavagens e reutilizados em testes de remoção com eficiência entre 50% e 55%.
Abstract: The present study is aimed to propose a new nanotechnology for the removal of Direct Yellow 12 dye from aqueous media, in order to allow a reuse of nanoadsorbents in treatment plants, reducing the cost, waste generation and environmental impact potential. The textile and paint industries use a large quantity of dyes, pigments and dangerous metals with high pollution potential of the effluents. In this context, some methods for removal of these contaminants are available: separation by membrane, biologic degradation, chemical oxidation, coagulation and flocculation. Recently, chemical separation methods with magnetic assistance have been propose, since they are more efficient and produce fewer residues. In this context, it is proposed a synthesis, characterization and application of magnetic nanoadsorbents based on ferrite nanoparticles functionalized with cetyltrimethylammonium bromide. The nanoadsorbents were synthetized using the coprecipitation methods in alkaline medium, and later surface treated resulting in core-shell nanoparticles of the type MnFe2O4@ɣ-Fe2O3. The pH control allowed obtention of two distinct particle sizes. The functionalization of the nanoparticle surfaces was done adding cetyltrimethylammonium bromide in an aqueous solution of pH = 10. The adsorption kinetics, the pH influence, and the initial dye concentration were investigated in standard solutions of pollutant with 0.5 g / L of nanoadsorbent. After the adsorption process, the nanoadsorbents loaded with the pollutants were separated with Nd-Fe-B magnet, and the final concentration of Direct Yellow 12 in the decanted solution was determined by UVVIS spectroscopy with wavelength of 396 nm. The results were analyzed using the Langmuir and Freundlich models, illustrating the importance of the average particle size in the Direct Yellow 12 adsorption. Nanoadsorbents revealed to be more efficient at pH = 5.0. The contact time required to reach equilibrium was 30 minutes. It was found that the maximum adsorption capacity was approximately 108% higher for smaller sized nanoadsorbent (58.49 mg / g vs. 28.10 mg / g) due to its higher surface area. Finally, the nanoadsorbents were recovered from wash cycles and reused in removal tests with efficiency between 50% and 55%.
Descrição: Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2016.
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