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Tipo: Dissertação
Título: Adsorção de nitrogênio amoniacal empregando a zeólita Watercel ZE® modificada
Autor(es): Maurer, Emanoélle
Primeiro Orientador: Wenzel, Bruno München
Primeiro coorientador: Godoi, Benhur de
Primeiro membro da banca: Cardoso, Manuela Gomes
Segundo membro da banca: Borba, Fernando Henrique
Resumo: O descarte de efluentes sem o devido tratamento em corpos hídricos e a presença de contaminantes de águas de abastecimento tem sido um dos principais problemas ambientais da sociedade moderna. A presença de nitrogênio amoniacal (NH3-N) está relacionada com a eutrofização de corpos d’água e a presença de nitrato (NO3 - ) e nitrito (NO2) na água potável está relacionada com doenças ocasionadas pelos efeitos prejudiciais ao metabolismo dos seres vivos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a cinética, o equilíbrio e a termodinâmica do processo de adsorção de nitrogênio amoniacal empregando como adsorvente a zeólita Watercell ZE modificada com tratamento alcalino de NaOH. O adsorvente foi caracterizado por fluorescência de raios-X (FRX), análise de fisissorção de N2, microscopia eletrônica de varredura (MEV) com sonda de espectrometria de energia dispersiva (EDS) e carga superficial em função do pH. Foram conduzidos estudos em batelada do equilíbrio e termodinâmica do processo (em temperaturas de 30, 40 e 50ºC), bem como estudos cinéticos empregando diferentes concentrações iniciais e temperaturas. A partir de resultados de FRX, foi sugerido a predominância da zeólita natural Clinoptilolite ([𝐴𝑙6𝑆𝑖30𝑂72] 6− como base de troca de cátions), que foi suportada pelos resultados de baixa área superficial específica, baixo volume de poros e macroporosidade, a partir da análise de fisissorção de N2. A análise de MEV mostrou a formação de agregados de cristais e a sonda de EDS acoplada confirmou os elementos determinados por FRX, além de mostrar boa distribuição na superfície do material. A carga superficial do material foi positiva em pH<5 e negativa em pH>9, sendo observada região de carga zero entre estes valores. O equilíbrio do processo em temperaturas entre 30 e 50ºC e pH inicial entre 4,0 e 8,0 foi melhor representado pela isoterma de Freundlich. Para esta conclusão, foi empregada estratégia de regressão não-linear na qual a constante de equilíbrio foi descrita em função da temperatura através de relações termodinâmicas. Os resultados evidenciaram que em pH 4 ocorre competição entre os íons H+ com o adsorbato, explicada pela carga superficial positiva do adsorvente e o caráter catiônico do NH4 + . O processo foi espontâneo e favorável e a magnitude do valor de 𝛥𝐻° indicou a predominância do mecanismo de quimissorção. A cinética de adsorção foi mais bem descrita pelo modelo de Elovich, que reforçou a sugestão de que o processo consiste em adsorção química. Destaca-se a partir de diversas condições testadas, que a capacidade do material chegou a 149 mg g-1 , nas condições de pH 8,0 e a 50°C, mostrandose um material promissor para aplicação na remoção de nitrogênio amoniacal em soluções aquosas. Finalmente, os dados e modelos obtidos podem servir de base para o projeto de sistemas de adsorção de NH4 + em águas residuárias.
Abstract/Resumen: Disposal of effluents without treatment in water bodies and the presence of deepwater contaminants has been one of the main environmental problems of modern. The presence of ammoniacal nitrogen (NH3-N) is related to eutrophication of water bodies and the presence of nitrate (NO3 - ) and nitrite (NO2) in drinking water is related to diseases caused by harmful effects on the metabolism of living beings. The objective of this work was to evaluate the kinetics, equilibrium and thermodynamics of the ammoniacal nitrogen adsorption process using as an adsorbent the Zeolite Watercell ZE modified with alkaline NaOH treatment. The adsorbent was characterized by X-ray fluorescence (FRX), N2 physisorption analysis, scanning electron microscopy (SEM) with dispersive energy spectrometry probe (EDS) and surface charge as a function of pH. Balance batch studies and process thermodynamics (at temperatures of 30, 40 and 50ºC) were conducted, as well as kinetic studies employing different initial concentrations and temperatures. Characterization studies of the adsorbent were carried out and X-ray fluorescence (FRX) results were suggested, the predominance of the natural zeolite Clinoptilolite [𝐴𝑙6𝑆𝑖30𝑂72] 6− was suggested as the cation exchange base), which was supported by the results of low specific surface area, low pore volume and macroporosity, from the N2 fisistion analysis. Scanning electron microscopy (SEM) showed the formation of crystal aggregates and the coupled EDS probe confirmed the elements determined by FRX, in addition to showing good distribution on the surface of the material. The surface charge of the material was positive at pH < 5 and negative at pH > 9, with a zero load region between these values. The equilibrium of the process at temperatures between 30 and 50° C and initial pH between 4.0 and 8.0 was best represented by the Freundlich isotherm. For this conclusion, a non-linear regression strategy was employed in which the equilibrium constant was described as a function of temperature through thermodynamic relationships. The results showed the competition of H+ ions between adsorbent-adsorbate at pH 4, explained by the positive surface charge of the adsorbent and the cationic character of NH4 + . The process was spontaneous and favorable and the magnitude of ΔH° indicated the predominance of the mechanism of chemisorption. The adsorption kinetics were best described by the Elovich model, which reinforced the suggestion that the process consists of chemical adsorption. It is noteworthy from several tested conditions that the material capacity reached 149 mg g-1 at pH 8.0 and at 50°C, showing a promising material for application in the removal of ammoniacal nitrogen in aqueous solutions. Finally, the data and models obtained can serve as a basis for the design of NH4 + adsorption systems in wastewater.
Palavras-chave: Poluição da água
Efluentes
Nitrogênio
Termodinâmica
Cinética
Adsorção (Tratamento de água)
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal da Fronteira Sul
Sigla da Instituição: UFFS
Faculdade, Instituto ou Departamento: Campus Cerro Largo
Nome do Programa de Pós Graduação : Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias Sustentáveis
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/6356
Data do documento: 2019
Nível: Mestrado
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias Sustentáveis

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