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Título: Adsorção de cromo no pseudofruto do cajueiro: Desenvolvimento de metodologia de tratamento de resíduos laboratoriais e otimização por planejamento fatorial
Título em inglês: Chromium adsorption using cashew pseudo-fruit: Development of methodology for treatment of laboratory waste and optimization by experimental design
Autor(es): Medeiros, Thiago Coutinho
Orientador(es): Gomes, Maria das Graças
Palavras-chave: Adsorção
Cromo
Anacardium occidentale
Data do documento: 2013
Citação: MEDEIROS, T. C.; GOMES, M. G. (2013)
Resumo: As Instituições de Ensino Superior são responsáveis pela produção de conhecimento científico, tecnológico e formação de opinião. Porém, são também geradoras de uma grande variedade de resíduos. O uso de resíduos agroindustriais na remoção de metais de efluentes é uma alternativa promissora em relação às tecnologias existentes. Neste trabalho foram estudadas as propriedades adsorventes do pseudofruto do cajueiro (Anacardium occidentale L.) e o desenvolvimento de metodologias de seu uso no tratamento do resíduo de Mohr gerado nos laboratórios de ensino do departamento de Química Analítica e Físico-Química da Universidade Federal do Ceará. Foi estudado o sistema de adsorção em batelada. Os ensaios preliminares mostraram que o pó do caju é viável na adsorção de cromo. Foram testadas quatro soluções para dessorção, sendo o EDTA 0,05 mol/L o melhor dessorvente. Foram avaliados os efeitos do pH (5,0 e 7,0), secagem – S (estufa e liofilizado), tamanho de partícula – P (0,10 – 0,25 e 0,25 – 0,84 mm), massa de adsorvente – m (1,0 e 1,5 g), concentração de cromo – C (500 e 1000 mg/L), tempo – t (1 e 3 h) e velocidade de agitação – v (0 e 150 rpm), na adsorção através de planejamento fatorial fracionário 2^(7-4). Um segundo planejamento fatorial (2^(4-1)) foi realizado para otimização. Neste planejamento as variáveis foram m (1,0, 2,0 e 3,0 g), C (500, 750 e 1000 mg/L), t (1, 2 e 3 h) e v (0, 150 e 300 rpm), e os parâmetros fixos pH (7,0), S (estufa) e P (0,25 – 0,84 mm). As regiões de máxima adsorção foram mapeadas por gráficos de contorno. A adsorção é máxima em valores intermediários de m, valores menores de C e valores maiores de t e v. Foi feita a caracterização do adsorvente por infravermelho e fluorescência de raios-X. Para melhor entendimento do mecanismo de adsorção foram feitos testes de reação do cromo com extrato aquoso do adsorvente e monitoramento do pH durante a adsorção. O mecanismo proposto consiste em duas etapas: redução do Cr(VI) em solução ou em contato com a superfície; e posterior adsorção do Cr(III) por troca iônica ou complexação. Foram estimados parâmetros de isoterma e cinética com os dados do planejamento 2^(4-1). O modelo de Langmuir foi o mais adequado e a cinética de pseudo-segunda ordem. O tratamento do resíduo de Mohr promoveu 89,18% de adsorção de cromo total. O restante do cromo em solução (10,82%) ficou na forma de Cr(III), menos tóxico. Na etapa de dessorção com EDTA 0,05 mol/L, 33,40% do cromo foi recuperado. Foram propostas alternativas de reutilização do resíduo em atividades de ensino.
Abstract: The Higher Education Institutions are responsible for the production of scientific and technological knowledge, and opinion formation. However, they also generate a variety of wastes. The use of agro-industrial wastes in the removal of metals from wastewater is a promising alternative to existing technologies. In this work, the adsorptive properties of cashew pseudo-fruit (Anacardium occidentale L.) were studied and a method was developed for its use in the treatment of Mohr residue generated in teaching laboratories of the Department of Analytical Chemistry and Physical Chemistry of Universidade Federal do Ceará. The batch adsorption system was studied. The preliminary tests indicated the viability of cashew fiber on chromium adsorption. Four solutions were tested for desorption, and the 0.05 mol/L EDTA was the best desorbent through qualitative tests. The effects of varying pH (5.0 and 7.0), drying – S (drying oven and lyophilized), particle size – P (0.10 – 0.25 and 0.25 – 0.84 mm), adsorbent mass – m (1.0 and 1.5 g), chromium concentration – C (500 and 1000 mg/L), time – t (1 and 3 hours) and stirring speed – v (0 and 150 rpm), in the adsorption process were studied through a 2^(7-4) fractional factorial design. A second factorial design (2^(4-1)) was performed for optimization. In this design the variables were m (1.0, 2.0 and 3.0 g), C (500, 750 and 1000 mg L-1), t (1, 2 and 3 h) and v (0, 150 and 300 rpm), and the fixed parameters were pH (7.0), S (drying oven), and P (0.25 - 0.84 mm). The regions of maximum adsorption were mapped by contour plots. Adsorption achieved a maximum at intermediate m values, lower C values and higher v and t values. The adsorbent was characterized by infrared spectroscopy and X-ray fluorescence. Reaction of chromium with aqueous extract of adsorbent and pH monitoring during adsorption were performed to better understand the mechanism of adsorption. The proposed mechanism consists of two steps: reduction of Cr(VI) in solution or in contact with the surface, and subsequent adsorption of Cr(III) through ion-exchange or complexation. Isotherm and kinetic parameters were estimated from the data obtained with the 2^(4-1) factorial design. The data followed Langmuir model and pseudo-second order kinetics. The Mohr residue treatment achieved 89.18% of total chromium adsorption. The remainder of chromium in solution (10.82%) were present in Cr(III) less toxic form. 33.40% of total chromium were recovered with 0.05 mol/L EDTA in the desorption step. Proposals for reuse of the residue in teaching activities were made.
Descrição: MEDEIROS, T. C. Adsorção de cromo no pseudofruto do cajueiro: Desenvolvimento de metodologia de tratamento de resíduos laboratoriais e otimização por planejamento fatorial. 2013. 95 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/14860
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