Orientadores: Meuris Gurgel Carlos da Silva, Sirlei Jaiana Kleinübing

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Pesquisas no campo da tecnologia têm buscado avaliar técnicas e/ou processos econômicos e eficientes para o tratamento de efluentes que contenham metal pesado. Atualmente a bioadsorção vem se apresentando como uma boa alternativa às tecnologias existentes. Este trabalho teve como objetivo a...

Resumo: Pesquisas no campo da tecnologia têm buscado avaliar técnicas e/ou processos econômicos e eficientes para o tratamento de efluentes que contenham metal pesado. Atualmente a bioadsorção vem se apresentando como uma boa alternativa às tecnologias existentes. Este trabalho teve como objetivo a investigação da macrófita Azolla pinnata como bioadsorvente de cinco íons metálicos: Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ e Zn2+ em soluções sintéticas. A caracterização do biomaterial foi realizada utilizando-se técnicas como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para análise da superfície do material; análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), que mostrou que qualitativamente a diminuição de íons de competição (Ca, Na e K) após o processo de adsorção, evidenciando que a troca iônica pode ser um dos mecanismos do processo; e análise de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), em que se pôde constatar que alguns grupos funcionais como carboxilas e grupos sulfonados são fundamentais no processo. A cinética de adsorção foi ajustada pelos modelos de pseudoprimeira e pseudossegunda ordem, sendo que o melhor ajuste variou de acordo com o íon estudado. O modelo de difusão intrapartícula mostrou que muitos mecanismos podem ser limitantes na taxa com a qual ocorre o processo. Os dados de equilíbrio foi ajustado pelos modelos de isoterma de Langmuir e de Freundlich em duas temperaturas, 25 e 45 ºC. O processo foi favorecido pelo acréscimo de temperatura para todos os íons. O modelo de Langmuir se ajustou melhor aos dados experimentais de todos os íons e o valor de capacidade máxima de adsorção (qmax) a 25 ºC foi de 0,359; 0,448; 0,254; 0,472 e 0,357 mmol/g para Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ e Zn2+, respectivamente. Os eluentes HCl, EDTA e CaCl2 foram testados no processo de dessorção em batelada e o cloreto de cálcio se mostrou eficiente além de não causar danos ao material nem diminuir a capacidade de adsorção da macrófita. Ensaios dinâmicos em coluna de leito fixo foram realiados para os íons Cu2+ e Pb2+ com soluções mono e bicomponentes. Nos ensaios em sistema binários, pode-se constatar uma grande preferência pela adsorção de íons chumbo e, portanto, uma grande queda na adsorção de cobre. Foram testados ciclos de adsorção/dessorção em coluna utilizando o CaCl2 como eluente e, em três ciclos, a macrófita manteve suas propriedades adsortivas. Com estes resultados, pode-se constatar que a realização deste trabalho contribuiu para a avaliação deste material como bioadsorvente alternativo e que, especificamente, macrófita A. pinnata mostrou-se atrativa para utilização nos processos de tratamento e/ou estabilização de metais pesados presentes em baixas concentrações em efluentes industriais

Abstract: Research in the technology field has been looking for evaluating efficient and economic techniques and/or process for effluents that contains heavy metal. The biodsorption process has been seemed as a good alternative to the existing technology. This work had the aim to investigate the use...

Abstract: Research in the technology field has been looking for evaluating efficient and economic techniques and/or process for effluents that contains heavy metal. The biodsorption process has been seemed as a good alternative to the existing technology. This work had the aim to investigate the use of Azolla pinnata macrophyte as biosorbent of five metallic ions: Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+ in synthetic solutions. The biomaterial characterization was carried out by techniques as scanning electron microscopy (SEM) for the analyze of material superficies; the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), which showed, qualitatively, a decreasing in the competitions ions (Ca, Na e K) after the sorption process, indicating that the ion exchange can be one o the process mechanism; and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), in which it was possible implied functional groups as carboxyl and sulfonate play a important role in the adsorption. The kinetics was adjusted by primer and second order models and the model which fit better depends on each ion. The intra-particle diffusion model showed that several mechanisms may be limiting to the process rate. The equilibrium data were adjusted by Langmuir and Freundlich models in two temperatures: 25 and 45 ºC. The process was favored by the increasing in the temperature for all five ions. The Langmuir model fit better the experimental data and the maximum adsorption capacity (qmax) were 0,359; 0,448; 0,254; 0,472 and 0,357 mmol/g for Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+, respectively. The HCl, EDTA and CaCl2 eluents were tested in the desorption process and the calcium chloride was efficient and did not cause any damage in the biomaterial or decreasing the biosorption capacity. Dynamics runs were carried out in fixed-bed in mono and bi-components solutions. In the binary were found a great preference for lead instead of copper and as a result, a significant decrease in the removal of copper. Adsorption/desorption cycles were tested in fixed-bed system using CaCl2 as eluent. After three cycles no damage, weight lost or significant decrease in the biosorption capacity was noticed. These results indicating that the A.pinnata macrophyte is an attractive potential new biosorbent to be used in heavy metal removal especially in low concentrations effluents

Resumo: No processo Kraft para produção de papel e celulose, os cavacos de madeira são cozidos em um digestor com uma solução aquosa denominada licor branco, constituída de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S). Durante o cozimento uma pasta fibrosa é produzida. Esta pasta é filtrada e...

Resumo: No processo Kraft para produção de papel e celulose, os cavacos de madeira são cozidos em um digestor com uma solução aquosa denominada licor branco, constituída de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S). Durante o cozimento uma pasta fibrosa é produzida. Esta pasta é filtrada e segue para o branqueamento. O produto filtrado chama-se licor negro, devido à mudança da sua cor nesta etapa. O licor negro possui aproximadamente 15 % de sólidos em massa. Ele é bombeado para a unidade de recuperação, na qual ele será concentrado em evaporadores de múltiplosefeitos até 75 % de sólidos em massa. Em seguida, ele é bombeado para uma caldeira onde é queimado, para recuperar os sais inorgânicos e, principalmente, fornecer calor para geração de calor. Durante a evaporação do licor negro, quando a porcentagem em sólidos ultrapassa 50 %, ocorre a precipitação de sais inorgânicos. Estes sais se depositam nas superfícies de troca térmica dos evaporadores diminuindo sua eficiência e causando prejuízos à indústria. Os principais sais que causam este problema são o carbonato de sódio (Na2CO3) e o sulfato de sódio (Na2SO4). O objetivo do presente trabalho foi testar e validar um método experimental para a determinação da quantidade de Na2CO3 presente em amostras industriais de licor negro. Além disso, também foram analisadas algumas propriedades físico-químicas do licor negro, como massa específica, teor de sólidos e viscosidade. Com os resultados obtidos, tentou-se obter uma correlação entre o teor de carbonato de sódio e as demais propriedades do licor que foram determinadas. Os resultados das análises das características físico-químicas demonstraram coerência e boa reprodutibilidade, porém, os resultados das análises de teor de carbonato de sódio não foram satisfatórios e mostraram que a técnica deve ser aperfeiçoada

Abstract: In the Kraft process for pulp and paper production, wood chips are cooked in a digester with an aqueous solution named white liquor, consisted by sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfide (Na2S). During this cooking process, wood chips are transformed generating a fibrous paste and a...

Abstract: In the Kraft process for pulp and paper production, wood chips are cooked in a digester with an aqueous solution named white liquor, consisted by sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfide (Na2S). During this cooking process, wood chips are transformed generating a fibrous paste and a liquid solution. This paste is filtered and separated from the liquid solution, named black liquor due to its color. The paste goes to the bleaching stage to produce cellulose. Black liquor contains inorganic and organic (mainly lignin) compounds from wood. Initially this black liquor contains approximately 15 mass/% of solids and is sent to the recovery unit to have this concentration raised to approximately 75 mass/% to be burned in a recovery boiler in order to generate power and recover inorganic reactants, recycling them to the process. The concentration process of black liquor occurs in a multiple effect evaporators unit. During this process, when the concentration of solids exceeds 50%, the precipitation of inorganic salts (mainly Na2CO3 and Na2SO4) begins. These salts are deposited in the heat transfer surfaces of the evaporator tubes, reducing their efficiency, leading to a reduction in the production capacity. The scope of this work was testing and validate an experimental method to estimate the content of Na2CO3 present in industrial black liquor samples. Moreover, some black liquor's physical-chemical properties as density, solids content and viscosity were also analyzed. An attempt to develop a predictive model to evaluate sodium carbonate content from the other properties was made. The results obtained for physical-chemical properties have shown a good consistency. However, the results of sodium carbonate analyses were not satisfactory, showing that the technique must be improved