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Type: Dissertação
Title: Avaliação da remoção do corante índigo blue de efluente aquoso por adsorvente de baixo custo derivado de resíduo siderúrgico: estudo dos mecanismos de remoção
Title in English: Evaluation of the removal of indigo bluedye from aqueous effluent by a low-cost adsorbent derived from steel waste: study of removal mechanisms
Authors: Santos, José Adson Pereira dos
Advisor: Nascimento, Ronaldo Ferreira do
Keywords in Brazilian Portuguese : Índigo blue;Lama de alto-forno;Adsorção;Floculação
Keywords in English : Indigo blue;Blast furnace sludge;Colloidal dispersion;Flocculation
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Issue Date: 2024
Citation: SANTOS, José Adson Pereira dos. Avaliação da remoção do corante índigo blue de efluente aquoso por adsorvente de baixo custo derivado de resíduo siderúrgico: estudo dos mecanismos de remoção. 2024. 85 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Programa de Pós-Graduação em Química, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: O índigo blue (IB) é um dos corantes mais utilizados no tingimento de jeans e também um dos que representam maiores desafios do ponto de vista ambiental, principalmente devido à sua resistência à degradação. Esse fator exige a aplicação de múltiplos processos para a remoção eficaz desse corante, tornando o tratamento mais complexo e oneroso. Neste estudo, buscou-se investigar o processo de remoção do corante IB presente em efluente sintético utilizando um resíduo siderúrgico, a lama de alto-forno (LAF), como adsorvente de baixo custo. Para a realização dos experimentos, o corante foi disperso em solução aquosa com o agente dispersante naftaleno sulfonato de sódio (NSS), simulando o processo de tingimento industrial. A remoção foi avaliada por meio de ensaios em batelada, utilizando LAF previamente seca. A caracterização por FTIR, DRX, FRX, MEV, TG e adsorção/dessorção de N₂ indicou que a LAF é formada principalmente por óxido de ferro apresentando uma estrutura meso e macroporosa em forma de agregados. As análises de caracterização juntamente com a modelagem cinética e de isotermas, evidenciaram os processos de adsorção do corante IB e do dispersante NSS pela LAF. Os resultados indicaram que a alta afinidade do dispersante NSS pela LAF, demostrada pela alta taxa de remoção de 70% nos primeiros 2 minutos, foi atribuída à presença de óxidos na superfície do adsorvente, que promoveram a remoção do dispersante e facilitaram a floculação e sedimentação do IB. Os dados cinéticos foram melhor descritos pelos modelos de pseudo-segunda ordem (PSO) e Elovich, com base no coeficiente de determinação (R² > 0,99) e na soma dos erros quadráticos (SSE). A isoterma de adsorção foi melhor ajustada ao modelo de Langmuir (R² > 0,98, baixo SSE), com uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 25,89 mg g⁻¹ e fator de separação (RL) de 0,378, indicando que a adsorção de NSS pela LAF é favorável. A variação no pH, condutividade e concentração do dispersante indicou que o aumento no tamanho das partículas de IB é um fator limitante no processo de adsorção deste corante. Os resultados demonstraram que a remoção do corante IB pelo LAF ocorre por meio de processos de adsorção e floculação/sedimentação, resultando em uma remoção total de aproximadamente 80% após esses processos. Além disso, constatou-se que o sistema coloidal formado pelo IB desempenha um papel fundamental no mecanismo de remoção e, consequentemente, na eficiência do tratamento, o que abre novas perspectivas para o estudo e desenvolvimento de processos voltados ao tratamento de efluentes que contenham esse corante.
Abstract: Indigo blue (IB) is one of the most widely used dyes in denim dyeing and one of the most challenging from an environmental perspective, mainly due to its resistance to degradation. This characteristic necessitates the application of multiple processes to effectively remove this dye, making its treatment more complex and costly. This study investigated the removal process of IB dye present in synthetic effluent using a steelmaking by-product, blast furnace sludge (BFS), as a low-cost adsorbent. For the experiments, the dye was dispersed in an aqueous solution with sodium naphthalene sulfonate (SNS) as a dispersing agent, simulating the industrial dyeing process. The removal efficiency was evaluated through batch tests using pre-dried BFS. Characterization techniques, including FTIR, XRD, XRF, SEM, TGA, and N₂ adsorption/desorption, revealed that BFS primarily consists of iron oxide with a mesoporous and macroporous aggregate structure. The characterization analyses, along with kinetic and isotherm modeling, highlighted the adsorption processes of the IB dye and the NSS dispersant by LAF. The results indicated that the high affinity of the NSS dispersant for LAF, demonstrated by a high removal rate of 70% within the first 2 minutes, was attributed to the presence of oxides on the adsorbent surface, which promoted dispersant removal and facilitated the flocculation and sedimentation of IB. The kinetic data were best described by the pseudo-second-order (PSO) and Elovich models, based on the determination coefficient (R² > 0.99) and the sum of squared errors (SSE). The adsorption isotherm was best fitted to the Langmuir model (R² > 0.98, low SSE), with a maximum adsorption capacity (qmax) of 25.89 mg g⁻¹ and a separation factor (RL) of 0.378, indicating that the adsorption of NSS by LAF is favorable. Variations in pH, conductivity, and dispersant concentration indicated that the increase in IB particle size is a limiting factor in the adsorption process of this dye. The results demonstrated that the removal of IB dye by LAF occurs through adsorption and flocculation/sedimentation processes, resulting in a total removal of approximately 80% after these processes. Furthermore, it was found that the colloidal system formed by IB plays a crucial role in the removal mechanism and, consequently, in the treatment efficiency, opening new perspectives for the study and development of processes aimed at treating effluents containing this dye.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80821
Author's ORCID: https://orcid.org/0009-0009-7132-070X
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5379951682649648
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6393-6944?lang=pt
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/6345440666273561
Access Rights: Acesso Aberto
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