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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Avaliação das propriedades adsortivas de carvões ativados produzidos via tratamento termoquímico convencional e não convencional com vistas à remoção de cádmio em meio aquoso
Authors: Vitor Celio Soares
First Advisor: Adriana Silva Franca
First Referee: Eduardo Henrique Martins Nunes
Second Referee: Leandro Vinícius Alves Gurgel
Abstract: Foi avaliado neste trabalho o uso do método convencional (mufla) e não convencional (micro-ondas) como fonte de calor para produção de carvões ativados visando adsorver cádmio em meio aquoso. Para isto, utilizouse o método de Taguchi para avaliação dos fatores de influência na produção e otimização de três tipos de carvões: MF, carbonizado e ativado em mufla em etapa única; MW, carbonizado e ativado em micro-ondas em etapa única e MFW, carbonizado em mufla e ativado em micro-ondas. O agente ativador para todos os carvões foi HNO3, e o precursor utilizado foi casca de café. Com os carvões ativados otimizados, avaliaram-se diversas características físico-químicas por meio de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), análise elementar (CHN), difração de raios x (DRX), método de Boehm, pHpcz e estimativa da área superficial específica por meio da adsorção de azul de metileno e número de iodo. Além disso, avaliaram-se também as características adsortivas dos carvões ativados otimizados por meio de influência do pH e dose de adsorvente na adsorção de cádmio, cinética, equilíbrio e termodinâmica de adsorção de cádmio, além de ensaios preliminares de adsorção de outros metais e competição. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura favoreceu a adsorção de cádmio, e que processo de adsorção é de natureza química para todos os carvões ativados. O modelo cinético que apresentou os melhores ajustes foi o de pseudo-segunda ordem, e o modelo de equilíbrio que representou melhor os dados foi o de Langmuir-Freundlich. De forma geral, o carvão preparado em mufla (MF) apresentou melhores características adsortivas em temperatura ambiente. O carvão preparado em micro-ondas (MW) apresentou melhores características estruturais, sendo mais poroso e com maior área superficial. Ainda, o carvão carbonizado em mufla e ativado em micro-ondas (MFW) apresentou melhores características funcionais, com grande quantidade de grupos funcionais ácidos em comparação com os demais carvões ativados. Portanto, é viável o uso de mufla e micro-ondas para preparo de adsorventes utilizando cascas de café como precursor e HNO3 como ativador. Entretanto, a escolha do tipo de tratamento termoquímico pode influenciar bastante nas características físico-químicas do carvão ativado e, portanto, em sua capacidade de adsorção.
Abstract: The conventional (muffle oven) and non-conventional method (microwave oven) were evaluated as heat sources for the production of activated carbon in order to adsorb cadmium in aqueous solution. For this, the Taguchi method was used to evaluate the influence factors in the production and optimization of three types of carbons; MF, carbonized and activated in muffle in a single step; MW, carbonized and activated in single microwave stage; and MFW, carbonized in muffle and activated in microwave oven in two steps. The activating agent for all carbons was HNO3, and the precursor used was coffee husks. Several physicochemical characteristics were evaluated in optimized carbons through Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA), Elemental analysis (CHN), X-ray diffraction (XRD), Boehm titration Method, pHpzc and specific surface area estimation by methylene blue adsorption study and iodine number. Furthermore, it also evaluated the adsorption characteristics of the activated carbons optimized by pH influence and adsorbent dosage in the cadmium adsorption, adsorption kinetics, equilibrium and thermodynamics, in addition to preliminary adsorption tests of other metals and competition. The results showed that the increase in temperature favored the cadmium adsorption, and that adsorption process is chemical in nature for all activated carbons. The kinetic model that presented the best fitting was the pseudo-second order model, and the equilibrium model that presented the best fitting was Langmuir-Freundlich. In general, the carbon prepared in muffle oven (MF) had better adsorption characteristics at room temperature. The carbon prepared by microwave heating (MW) presented better structural characteristics, such as high number of acid functional groups, more porous and large surface area. In addition, the activated carbon carbonized in muffle oven and activated in microwave heating (MFW) had better functional characteristics, as large acid functional groups in comparison to the other activated carbons. Therefore, it is feasible to use muffle oven and microwave heating to prepare adsorbents using coffee husks as precursor and HNO3 as activating agent. However, the thermochemical treatment has high influence on physicochemical characteristics of the activated carbon and, therefore, its adsorption capacity.
Subject: Carbono ativado
Cádmio
Adsorção
Engenharia mecânica
Microondas
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-ASFFJU
Issue Date: 17-Feb-2017
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