Usos de membranas de quitosana na remoção de cobre em águas residuais

In this work a chitosan (CS) ionically crosslinked were manufactured by treatment with sulfuric acid solution for application in the treatment of wastewater from oil industry. Two crosslinking process were developed: homogeneous and heterogeneous. In the homogeneous process the ratio molar of SO4...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Marques, Jéssica Souza
Outros Autores: Pereira, Márcia Rodrigues
Formato: doctoralThesis
Idioma:por
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Quitosana
Reticulação
Sorção
Cobre
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21136
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Marques, Jéssica Souza
Usos de membranas de quitosana na remoção de cobre em águas residuais
description In this work a chitosan (CS) ionically crosslinked were manufactured by treatment with sulfuric acid solution for application in the treatment of wastewater from oil industry. Two crosslinking process were developed: homogeneous and heterogeneous. In the homogeneous process the ratio molar of SO42-/ NH3+ (1:6 and 1:4) were the variable analyzed, denominated CS16 and CS14 respectively. In the heterogeneous process the soaking time of the membranes in sulfuric acid solution were the variable studied, being used times of 5 (CS5) and 30 (CS30) minutes. FTIR-ATR results indicated no changes in the characteristics of chitosan after homogeneous crosslinking process, while heterogeneous crosslinking showed formation of ionic bonds between protonated groups from chitosan and the crosslinking agent sulfate ions. TG/DTG and XRD analysis confirmed the formation of these interactions, as also shown the new structure on the surface region of CS5 and CS30 membranes compared to CS, CS16 e CS14. Swelling test in aqueous medium have shown that crosslinking process reduced the membrane sorption capacity. Swelling test in acid medium demonstrated that CS16 and CS14 membranes increasing the adsorption capacity up to a maximum percentage of 140% approximately, whereas the CS5 e CS30 reached a maximum of 60%. The mechanical properties indicated the stiff and ductile behavior of crosslinked membrane. Adsorption experiments of CuCl2 results that CS16 membranes reached the efficiency maximum with 73% of copper removal at pH 5.0 and 87% at pH 4.0. The experiments with CuSO4 also obtained efficiency maximum to the CS16 membrane and 80% to the removal of Cu2+ ions. Also was verified that the increase of concentration and temperature cause a decrease in the adsorption capacity for all membranes. Kinetics study indicated that pseudo-second-order obtained characterized better the membranes. Equilibrium studies demonstrated that the CS, CS16 and CS14 follow the Langmuir model, whereas CS5 and CS30 follows Freundlich model. Filtration experiments results with rejection maximum to the CS16 and CS5 membranes, reaching 92 and 98% respectively.
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In the heterogeneous process the soaking time of the membranes in sulfuric acid solution were the variable studied, being used times of 5 (CS5) and 30 (CS30) minutes. FTIR-ATR results indicated no changes in the characteristics of chitosan after homogeneous crosslinking process, while heterogeneous crosslinking showed formation of ionic bonds between protonated groups from chitosan and the crosslinking agent sulfate ions. TG/DTG and XRD analysis confirmed the formation of these interactions, as also shown the new structure on the surface region of CS5 and CS30 membranes compared to CS, CS16 e CS14. Swelling test in aqueous medium have shown that crosslinking process reduced the membrane sorption capacity. Swelling test in acid medium demonstrated that CS16 and CS14 membranes increasing the adsorption capacity up to a maximum percentage of 140% approximately, whereas the CS5 e CS30 reached a maximum of 60%. The mechanical properties indicated the stiff and ductile behavior of crosslinked membrane. Adsorption experiments of CuCl2 results that CS16 membranes reached the efficiency maximum with 73% of copper removal at pH 5.0 and 87% at pH 4.0. The experiments with CuSO4 also obtained efficiency maximum to the CS16 membrane and 80% to the removal of Cu2+ ions. Also was verified that the increase of concentration and temperature cause a decrease in the adsorption capacity for all membranes. Kinetics study indicated that pseudo-second-order obtained characterized better the membranes. Equilibrium studies demonstrated that the CS, CS16 and CS14 follow the Langmuir model, whereas CS5 and CS30 follows Freundlich model. Filtration experiments results with rejection maximum to the CS16 and CS5 membranes, reaching 92 and 98% respectively. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho foram produzidas membranas de quitosana reticuladas ionicamente, utilizando o ácido sulfúrico como agente de reticulação para serem aplicadas no tratamento de águas residuais da indústria do petróleo. Duas metodologias de reticulação das membranas foram desenvolvidas: homogênea e heterogênea. No processo homogêneo a variável analisada foi a razão molar de SO42-/ NH3+ (1:6 e 1:4), enquanto, no processo heterogêneo o tempo de imersão das membranas em ácido sulfúrico foi a variável em estudo, sendo utilizado tempos de 5 e 30 minutos. Os resultados de FTIR-ATR evidenciaram a formação de ligações iônicas entre os grupos NH3+protonados da quitosana e os íons sulfato do agente reticulante. Apenasnas membranas heterogêneas indicando um grau de reticulação bastante pequeno para as homogêneas.As análises de TG/DTG e DRX confirmaram a formação dessas interações, como também demonstraram que houve a formação de uma nova estrutura na região superficial das membranas CS5 e CS30 em relação às membranas de CS, CS16 e CS14. Os ensaios de intumescimento em meio aquoso evidenciaram que os processos de reticulação reduziram a capacidade de sorção das membranas. Enquanto que em meio ácido as membranas de CS16 e CS14 aumentaram a capacidade de sorção até um percentual máximo de aproximadamente 140%, e as de CS5 e CS30 atingiram um máximo de 60%. As propriedades mecânicas indicaram o comportamento rígido e dúctil das membranas reticuladas. Através dos experimentos de sorção de solução de CuCl2, foi determinado que o máximo de eficiência foi obtido para as membranas CS16 com 73% de remoção de cobre em pH 5,0 e 87% em pH 4,0. Os experimentos realizados com CuSO4 também resultaram em 80% de remoção de íons de Cu2+ para as membranas de CS16. Também foi verificado que o aumento da concentração e da temperatura refletiram na diminuição da capacidade de adsorção para todas as membranas. Os resultados de cinética evidenciaram que as membranas foram melhor caracterizadas pela equação de pseudo-segunda-ordem. E, osEstudos de equilíbrio demonstraram que as membranas de CS, CS16 e CS14 seguem o modelo de Langmuir, enquanto que as membranas de CS5 e CS30 seguem o modelo de Freundlich. Os experimentos de filtração resultaram em máximo de retenção de íons de Cu2+ para as membranas de CS16 e CS5, atingindo 92 e 98% respectivamente. 2016-08-10T22:44:23Z 2016-08-10T22:44:23Z 2015-12-14 doctoralThesis MARQUES, Jéssica Souza. Usos de membranas de quitosana na remoção de cobre em águas residuais. 2015. 104f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2015. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21136 por Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

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