Publication
Estrogen removal through adsorption using carbon materials prepared from biomass waste
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | |
| datacite.subject.sdg | 03:Saúde de Qualidade | |
| dc.contributor.advisor | Queiroz, A.M. | |
| dc.contributor.advisor | Ribeiro, António E. | |
| dc.contributor.advisor | Brito, Paulo | |
| dc.contributor.author | Exposto, Bruno Marques | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-26T10:18:24Z | |
| dc.date.available | 2025-11-26T10:18:24Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.date.submitted | 2025 | |
| dc.description.abstract | Endocrine disruptors are class of micropollutants that can influence and deregulate the endocrine system in humans and animals. Endocrine disruptors can consist of natural estrogenic hormones, such as E1 and E2, and synthetic estrogenic hormones, such as EE2, that are not easily removed by conventional treatment processes in water and sewage treatment plants, becoming dangerous emerging pollutants. This work addresses the removal of such compounds from aqueous matrices through adsorption processes onto activated carbon produced from biomass waste. The materials selected were almond shell in natura (ASiN) and cork in natura (CiN). These were activated through carbonization at 550ºC for 1 h, obtaining carbonized almond shell (CAS) and carbonized cork (CC). These materials were characterized by carbonization yield, moisture and ash content, PZC value, quantification of acidic and basic sites and FTIR analysis. For the adsorption assays, the impact of conditions such as adsorbent type, temperature and medium pH was assessed in relation to removal performance. Kinetic and isotherm assays were also performed in batch mode, together with the assessment of the thermodynamic data. The results show that equilibrium time was 16 h for ASiN, 4 h for CAS, 6 h for CiN and 24 h for CC. The adsorption process was regulated through the Elovich model for all adsorbents except for CiN, where the best model was PSO. Moreover, cork-based adsorbents presented higher adsorption capacities and activation through carbonization did not contribute to an increase in estrogen removal. Therefore, CiN was selected as the best material for estrogen removal to the posterior assays. A temperature increase did not affect CiN’s adsorption capacity, and Ea was determined to be 136.15, 80.84 and 146.81 kJ/mol for E2, EE2 and E1, respectively. Moreover, pH change only negatively affects adsorption when in extreme basic media. CiN’s adsorption process has been characterized by the Sheindorf-Rebuhn-Sheintuch multicomponent isotherm for all estrogens, with maximum adsorption capacities of 3.75, 7.23 and 3.82 mg/g achieved for estrogens E2, EE2 and E1, respectively, at 25ºC. Average removal percentage increased with the adsorbent’s dosage until it reached a maximum of 66.1% at 1 g/L. Both the adsorption capacity and removal percentage decreased with the increase in temperature. Thermodynamic data was determined and negative values for ΔGº and ΔHº and positive values for ΔSº were obtained, meaning that adsorption was characterized as spontaneous, exothermic and entropically favourable. It was verified that estrogen adsorption occurred through a combination of chemisorption and physisorption phenomena. Chemisorption occurred mainly through pEDA interactions and hydrogen bridges between estrogen and CiN’s functional groups and aromatic rings, while physisorption occurred mainly through pore filling. pEDA bonding assisted by hydrophobic interactions could be an explanation for the higher adsorption rates verified for EE2 in CiN. | por |
| dc.description.abstract | Disruptores endócrinos constituem uma classe de micropoluentes capazes de interferir e desregular o funcionamento fisiológico do sistema endócrino em organismos humanos e animais. Entre esses compostos destacam-se as hormonas estrogénicas naturais, como a estrona (E1) e o 17β-estradiol (E2), bem como a hormona estrogénica sintética 17α-etinilestradiol (EE2). Tais compostos apresentam elevada persistência no ambiente aquático, uma vez que não são eficientemente removidos por processos convencionais de tratamento de água e efluentes, sendo, por isso, classificados como poluentes emergentes. O presente trabalho aborda a remoção de tais substâncias de matrizes aquosas por meio de processos de adsorção em carvão ativado produzido a partir de resíduos de biomassa. A biomassa selecionada para a produção dos adsorventes consistiu na casca de amêndoa in natura (ASiN) e cortiça in natura (CiN). Estes materiais foram ativados através de carbonização a 550ºC por 1 h, obtendo-se casca de amêndoa carbonizada (CAS) e cortiça carbonizada (CC), sendo posteriormente caracterizados através do rendimento de carbonização, teor de humidade e cinzas, valor de pHPZC, quantificação de sítios ácidos e básicos e análise de grupos funcionais por FTIR. Nos ensaios de adsorção, avaliou-se o impacto de parâmetros operacionais como tipo de adsorvente, temperatura e pH do meio sobre a eficiência de remoção dos estrogénios. Os estudos cinéticos e de isotérmicas foram conduzidos em modo de batelada, tendo permitido a determinação de dados termodinâmicos. Os resultados obtidos mostram que o tempo de equilíbrio foi de 16 h para ASiN, 4 h para CAS, 6 h para CiN e 24 h para CC. O processo de adsorção segue o modelo de Elovich para todos os adsorventes, exceto para o CiN, em que o modelo de pseudo-primeira ordem (PSO) é mais adequado. Além disso, os adsorventes baseados em cortiça apresentaram capacidades de adsorção superiores e o processo de carbonização não contribuiu para um aumento na remoção de estrogénio. Desta forma, verifica-se que, dos adsorventes estudados, CiN é o melhor material para a remoção de estrogénio e foi utilizado para os ensaios posteriores. No que se refere ao parâmetro temperatura, verifica-se que o seu aumento não afeta significativamente a capacidade de adsorção do CiN. Os valores da energia de ativação, Ea, obtidos para a remoção de E2, EE2 e E1 são 136,15, 80,84 e 146,81 kJ/mol, respetivamente. A análise do pH mostra que condições extremamente alcalinas têm uma influência negativa no processo de adsorção. O processo de adsorção do CiN foi descrito pela isotérmica multicomponente Sheindorf-Rebuhn-Sheintuch para todos os estrogénios, com capacidades máximas de adsorção, a 25ºC, de 3,75, 7,23 e 3,82 mg/g atingidas para os estrogénios E2, EE2 e E1, respetivamente. A percentagem média de remoção aumentou com a dose de adsorvente, atingindo um valor máximo de 66,1% a 1 g/L. As capacidades de adsorção e remoção percentual diminuíram com o aumento da temperatura. Os parâmetros termodinâmicos, ΔGº e ΔHº negativos e ΔSº positivo, indicam que o processo de adsorção é espontâneo, exotérmico e entropicamente favorável. Verifica-se também que a adsorção de EE2 ocorreu predominantemente através de quimissorção, enquanto a adsorção de E1 e E2 ocorreu através de uma combinação de processos de quimissorção e fisissorção. A quimissorção ocorreu principalmente através de interações pEDA e pontes de hidrogénio entre os grupos funcionais e anéis aromáticos do estrogénio e do CiN, enquanto a fisissorção se deu principalmente através de enchimento dos poros que constituem a estrutura do adsorvente. | por |
| dc.identifier.tid | 204057590 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/35147 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Activated carbon | |
| dc.subject | Adsorption | |
| dc.subject | Endocrine disruptors | |
| dc.subject | Emerging pollutants | |
| dc.subject | Estrogen | |
| dc.title | Estrogen removal through adsorption using carbon materials prepared from biomass waste | |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Dissertação de mestrado em Engenharia Química |