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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
With the exponential increase of the world population over the years, the organic waste generated from coffee also increased, since it is one of the most consumed commodities of world. Nowadays, many research studies aim to reduce or avoid environmental impacts. One way is the valorization of solid waste into high-added value products, as is the case of the preparation of activated carbons from raw biomass. Due to their well-developed porosity, activated carbons can be used to remove pollutants contained in wastewater effluents through adsorption processes.
The main objective of this work is the development of activated carbons from coffee husks, considering HNO3 and KOH as activation agents, and their assessment in the removal of 2-nitrophenol and 4-nitrophenol, selected as target pollutants. The activating agents were used at different concentrations (1 and 5 mol L-1) and the precursor was activated for 3 hours at 60 °C. Then, the resultant materials were carbonized by pyrolysis at 800 °C under continuous flow of N2.
The activated carbons were used to adsorb 2-nitrophenol and 4-nitrophenol at 25 °C and pH 6.0. Upon analysis of the adsorption isotherms obtained, it was possible to conclude that the activated carbon that leads to a high percentage of pollutant removal was the one activated with KOH 5 mol L-1, considering an initial concentration of 25 mg L-1 of 2-nitrophenol and 50 mg L-1 of 4-nitrophenol with a concentration of adsorbent of 2.5 gads L-1. This activated carbon, prepared with a low burn-off, had 92.9% (9.7 mg2-NP gads-1) of removal of 2-nitrophenol and 97.7% (22.5 mg4-NP gads-1) of removal of 4-nitrophenol. It had 84.1% of burn-off in its development process. Due to the superior results of this material, the kinetic analysis was done using only the activated carbon activated with KOH 5 mol L-1. The kinetic results show that the material reached its maximum adsorption after 4 h adsorbing around 85% of both pollutants. The modelling of the kinetic results was also done. The best model to predict in a representative way the adsorption isotherm was the Freundlich model for both pollutants. For the adsorption kinetic model, the best fittings were obtained with the Bangham model for 2-nitrophenol adsorption and with the pseudo-second-order model for 4-nitrophenol adsorption.
Com o aumento exponencial da população mundial ao longo dos anos, os resíduos orgânicos gerados a partir do café aumentaram também, uma vez que é um dos bens mais consumidos no mundo. Atualmente, muitas pesquisas têm como objetivo reduzir ou evitar impactos ambientais. Uma das alternativas estudadas consiste na valorização de resíduos sólidos em produtos de alto valor agregado, como é o caso da preparação de carvões ativados a partir de biomassa bruta. Devido à sua porosidade, os carvões ativados podem ser usados para remover os poluentes contidos em águas residuais através do processo de adsorção. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de carvões ativados a partir de casca de café, usando HNO3 e KOH como agentes de ativação, e sua avaliação na remoção de 2-nitrofenol e 4-nitrofenol, selecionados como poluentes modelo. Os agentes ativadores foram utilizados em diferentes concentrações (1 e 5 mol L-1) e o precursor foi ativado durante 3 horas a 60 °C. Em seguida, os materiais resultantes foram carbonizados por pirólise a 800 °C sob fluxo contínuo de N2. Os carvões ativados foram utilizados para adsorver 2-nitrofenol e 4-nitrofenol a 25 °C e pH 6.0. Através da análise das isotérmicas de adsorção obtidas, foi possível concluir que o carvão ativado que remove maior percentagem de poluentes é aquele ativado com KOH 5 mol L-1, considerando uma concentração inicial de 25 mg L-1 de 2-nitrofenol e 50 mg L-1 de 4-nitrofenol. Esse carvão ativado, que apresenta um baixo valor de burn-off, teve 92,9% (9,7 mg2-NP gads-1) de remoção de 2-nitrofenol e 97,7% (22,5 mg4-NP gads-1) de remoção de 4-nitrofenol com concentração de adsorvente de 2.5 gads L-1. Teve 84,1% de burn-off em seu processo de desenvolvimento. Tendo em consideração o seu melhor desempenho, os estudos cinéticos foram realizados utilizando apenas o carvão ativado que foi ativado com KOH 5 mol L-1. Os resultados cinéticos mostraram que o material atingiu a sua adsorção máxima após 4 h, adsorvendo cerca de 85% dos dois poluentes. A modelação dos resultados cinéticos foi também realizada. O melhor modelo para prever de forma representativa a isotérmica de adsorção para ambos os poluentes foi o modelo de Freundlich. Para o modelo cinético de adsorção, os melhores ajustes foram obtidos com o modelo de Bangham para adsorção de 2-nitrofenol e com o modelo de pseudo-segunda ordem para adsorção de 4-nitrofenol.
Com o aumento exponencial da população mundial ao longo dos anos, os resíduos orgânicos gerados a partir do café aumentaram também, uma vez que é um dos bens mais consumidos no mundo. Atualmente, muitas pesquisas têm como objetivo reduzir ou evitar impactos ambientais. Uma das alternativas estudadas consiste na valorização de resíduos sólidos em produtos de alto valor agregado, como é o caso da preparação de carvões ativados a partir de biomassa bruta. Devido à sua porosidade, os carvões ativados podem ser usados para remover os poluentes contidos em águas residuais através do processo de adsorção. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de carvões ativados a partir de casca de café, usando HNO3 e KOH como agentes de ativação, e sua avaliação na remoção de 2-nitrofenol e 4-nitrofenol, selecionados como poluentes modelo. Os agentes ativadores foram utilizados em diferentes concentrações (1 e 5 mol L-1) e o precursor foi ativado durante 3 horas a 60 °C. Em seguida, os materiais resultantes foram carbonizados por pirólise a 800 °C sob fluxo contínuo de N2. Os carvões ativados foram utilizados para adsorver 2-nitrofenol e 4-nitrofenol a 25 °C e pH 6.0. Através da análise das isotérmicas de adsorção obtidas, foi possível concluir que o carvão ativado que remove maior percentagem de poluentes é aquele ativado com KOH 5 mol L-1, considerando uma concentração inicial de 25 mg L-1 de 2-nitrofenol e 50 mg L-1 de 4-nitrofenol. Esse carvão ativado, que apresenta um baixo valor de burn-off, teve 92,9% (9,7 mg2-NP gads-1) de remoção de 2-nitrofenol e 97,7% (22,5 mg4-NP gads-1) de remoção de 4-nitrofenol com concentração de adsorvente de 2.5 gads L-1. Teve 84,1% de burn-off em seu processo de desenvolvimento. Tendo em consideração o seu melhor desempenho, os estudos cinéticos foram realizados utilizando apenas o carvão ativado que foi ativado com KOH 5 mol L-1. Os resultados cinéticos mostraram que o material atingiu a sua adsorção máxima após 4 h, adsorvendo cerca de 85% dos dois poluentes. A modelação dos resultados cinéticos foi também realizada. O melhor modelo para prever de forma representativa a isotérmica de adsorção para ambos os poluentes foi o modelo de Freundlich. Para o modelo cinético de adsorção, os melhores ajustes foram obtidos com o modelo de Bangham para adsorção de 2-nitrofenol e com o modelo de pseudo-segunda ordem para adsorção de 4-nitrofenol.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Activated carbons Adsorption Nitrophenols Coffee Valorization Wastewater treatment