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Type: Tese de Doutorado
Title: Síntese e caracterização de carvões ativados e compósitos C/Fe produzidos a partir de tortas de biodiesel para remoção de Cr (VI) em meio aquoso
Authors: Elizangela Augusta dos Santos
First Advisor: Leticia Malta Costa
First Co-advisor: Clesia Cristina Nascentes
First Referee: Fernando Barboza Egreja Filho
Second Referee: Helvecio Costa Menezes
Third Referee: Leonel da Silva Teixeira
metadata.dc.contributor.referee4: Walter Nei Lopes dos Santos
Abstract: Os subprodutos gerados a partir da produção de biodiesel podem ser determinantes para a viabilidade econômica da produção deste biocombustível. O reaproveitamento das tortas para a produção de carvão ativado representa um desafio na busca por alternativas que melhorem a eficiência dos tratamentos de efluentes contaminados. O foco principal deste trabalho foi a produção de diferentes tipos de materiais com a finalidade de serem empregados na remoção de Cr (VI) em meio aquoso utilizando-se algumas tortas de biodiesel como matéria prima: colza (Brassica napus), girassol (Helianthus annuus), pinhão manso (Jatropha curcas L.), tremoço (Lupinus albus L.), nabo forrageiro (Raphanus sativus) e mamona (Ricinus communis L.). Foram produzidos carvões ativados não oxidados, carvões ativados oxidados com HNO3 e compósitos de carbono/Fe com diversos teores de Fe (19, 35 e 45% m/m) e pirolisados em diferentes temperaturas (400, 600 e 800 °C) em forno com aquecimento condutivo. Os materiais foram caracterizados por análise superficial específica, microscopia eletrônica de varredura, composição química, análise elementar, teor de cinzas, análise térmica, difração de raios-X, espectroscopia na região do infravermelho, titulação potenciométrica, pH no ponto de carga zero, espectroscopia Raman, Mössbauer e medidas de magnetização espontânea. Os carvões oxidados apresentaram caráter ácido (pHpcz 3,4 4,4), enquanto que os compósitos mostraram-se ácidos e básicos (pHpcz 6,0 10,8). Em todos os materiais foram verificados grupos carboxílicos e fenólicos e, no caso dos compósitos, observou-se também a presença de óxidos de Fe. As áreas superficiais específicas variaram de 3 a 491 m2 g-1. Os espectros Mössbauer da série de compósitos evidenciaram a presença de fases redutoras de Fe como Fe3O4, Feo e Fe3C, essenciais no processo de redução do Cr (VI). As medidas de magnetização espontânea dos compósitos variaram de 6 a 84 emu g-1, indicando a facilidade de sua separação de soluções aquosas por simples processo magnético. A capacidade de remoção de Cr (VI) foi verificada em todos os materiais e remoções de até 97% do metal em meios aquosos foram alcançadas empregando-se os carvões oxidados em meios com pH 4, após 20 h de reação. Isotermas de Langmuir e Freundlich foram empregadas para o ajuste dos dados experimentais da remoção do Cr (VI) pelos compósitos e ambos os modelos apresentaram coeficientes de determinação superiores a 0,90. Capacidades máximas de até 459±33 mg g-1 foram verificadas para a série de compósitos contendo 45% m/m de Fe. Esses resultados são consideravelmente melhores que os reportados na literatura para materiais semelhantes empregados na remoção de Cr (VI), tornando os materiais deste estudo atrativos para aplicações ambientais.
Abstract: The by-products generated from biodiesel production need to be critically assessed because they can be a relevant factor in the economic viability of this biofuel production. The reuse the biodiesel press-cake for activated carbon production is a challenge in the inquiry for alternatives to improve the treatment efficiency of contaminated effluent. The aim of this work was the production of different materials in order to be used in the Cr (VI) removal from aqueous environment using some biodiesel press-cake: Brassica napus, Helianthus annuus, Jatropha curcas L., Lupinus albus L., Raphanus sativus and Ricinus communis L.) as raw materials. Non-oxidized, oxidized and activated carbons with HNO3 were produced, besides carbon/Fe composite with different iron concentrations (19, 35 and 45 wt.%) and pyrolyzed at different temperatures (400, 600 and 800 °C) in a conductive oven. The materials were characterized by specific surface analysis, scanning electron microscopy, chemical composition, elemental analysis, ash content, thermal analysis, X-ray diffraction, IR spectroscopy, potentiometric titration, pH at point of zero charge, Raman spectroscopy, Mössbauer and saturation magnetization. Oxidized carbon exhibit acidic character (pHpcz 3.4 to 4.4), while the composite showed basic nature (pHpcz 6.0 - 10.8). For all the materials it was verified carboxylic and phenolic groups and, especially for the composites, it is also noted iron oxides. The specific surface area ranged from 3 to 491 m2 g-1. Mössbauer spectra of a series of composite showed the presence of reducing phase iron as Fe3O4, Feo and Fe3C, essential for the Cr (VI) reduction process. The saturation magnetization values for the composites ranged from 6 to 84 emu g -1 indicating the feasibility of their separation from aqueous solutions by a simple magnetic process. The adsorption capacity Cr (VI) was verified for all materials and removal up to 97% of the pollutant in aqueous environment had been achieved using oxidized carbon at pH 4 after 20h reaction. Langmuirs and Freundlichs isotherms were used to fit the experimental data from the removal of Cr (VI) by the composites and both models showed coefficients of determination above 0.90. Maximum adsorption capacities up to 459 ± 33 mg g-1 were observed for the series of composites containing 45 wt.% Fe. These results are considerably better than those reported in the literature for similar materials used in the removal of Cr (VI), indicating that the materials produced in this study are attractive for environmental applications.
Subject: Química analítica
Carbono ativado
Adsorção
Biodiesel
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A2KFV4
Issue Date: 31-Jul-2015
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