Avaliação da remoção de fármacos por processos adsortivos: estudos isotérmico, cinético e termodinâmico
Sodium diclofenac (DCF) is an anti-inflammatory with high toxicity and frequently detected in effluents and wastewater treatment plants. Ciprofloxacin (CIP) is an antibiotic that is widely used in clinical and veterinary treatment to prevent bacterial infections, with a high polluting potential....
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| Publicado em: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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Adsorção Floculação iônica micelar Sedimentação Bagaço do sorgo sacarino Diclofenaco de sódio Ciprofloxacino CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA Lima, Fernanda Siqueira Avaliação da remoção de fármacos por processos adsortivos: estudos isotérmico, cinético e termodinâmico |
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Sodium diclofenac (DCF) is an anti-inflammatory with high toxicity and frequently detected
in effluents and wastewater treatment plants. Ciprofloxacin (CIP) is an antibiotic that is
widely used in clinical and veterinary treatment to prevent bacterial infections, with a high
polluting potential. Adsorption using activated carbon has been widely used to remove
micropollutants, but this adsorbent requires an expensive and inefficient phase separation
step, compromising the efficiency and cost of the adsorptive process. Thus, an innovative
and unprecedented process based on ionic flocculation-assisted adsorption (IFAA) using the
surfactant sodium dodecanoate was proposed, aiming to increase the adsorption capacity of
the process and facilitate phase separation. In the context of the search for bioadsorbents, the
potential of sweet sorghum bagasse (NSB) and chemically treated with sulfuric acid (TSB)
as adsorbents was also evaluated, aiming to remove DCF and CIP from synthetic wastewater.
The efficiency of the processes of adsorption and adsorption assisted by ionic flocculation
was evaluated from a kinetic study, equilibrium isotherms, thermodynamic properties and
for activated carbon as adsorbent, the kinetics of separation through the sedimentation
process was studied. In the study of direct adsorption and IFAA using activated carbon as
adsorbent and DCF as a contaminant, the adsorption kinetics followed the pseudo-second
order model in both processes. From the equilibrium isotherms, the maximum adsorption
capacity obtained was 49.43 and 51.85 mg.g-1
in direct adsorption and IFAA, respectively,
being best represented by the Langmuir model. In the sedimentation analysis, it was noticed
that the higher the surfactant concentration, the higher the compaction height, the higher the
decantation speed and the shorter time to obtain the clarified effluent. In the adsorption of
DCF and CIP in NSB and TSB, the chemical treatment carried out in the NSB modified the
lignocellulosic composition of this material, reducing the percentage of lignin by 35%,
hemicellulose by 26% and increasing the alpha-cellulose content by 20%. The pseudo-second
order model was the one that best fitted the adsorption kinetics of DCF and CIP in both
adsorbents, as evidenced by the correlation coefficients and the sum of squares of the
residues. The equilibrium isotherms obtained with the adsorbents (NSB and TSB) and the
CIP were better fitted with the Langmuir model (R² > 0.98). In the case of DCF adsorption,
the Freundlich model provided the best fit (R² > 0.99). The thermodynamic analysis revealed
that the processes occurred spontaneously, exothermically and that there is a reduction in
randomness at the solid-solution interface. The use of IFAA proved to be effective by
increasing the adsorption capacity of the DCF, promoting a better phase separation of the
constituents (adsorbent and DCF), making the separation faster and more efficient. The
ability of NSB and TSB to adsorb DCF and CIP from water was evidenced, highlighting its
potential as an efficient, environmentally friendly and low-cost bioadsorbent. |
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ri-123456789-522092023-04-19T20:52:59Z Avaliação da remoção de fármacos por processos adsortivos: estudos isotérmico, cinético e termodinâmico Evaluation of drug removal by adsorptive processes: isothermal, kinetic and thermodynamic studies Lima, Fernanda Siqueira Barros Neto, Eduardo Lins de http://lattes.cnpq.br/0341934301831510 http://lattes.cnpq.br/2811639726261017 Lopes, Francisco Wendell Bezerra Medeiros, Gilson Gomes de Duarte, Lindemberg de Jesus Nogueira http://lattes.cnpq.br/6800188552647660 Melo, Ricardo Paulo Fonseca Adsorção Floculação iônica micelar Sedimentação Bagaço do sorgo sacarino Diclofenaco de sódio Ciprofloxacino CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA Sodium diclofenac (DCF) is an anti-inflammatory with high toxicity and frequently detected in effluents and wastewater treatment plants. Ciprofloxacin (CIP) is an antibiotic that is widely used in clinical and veterinary treatment to prevent bacterial infections, with a high polluting potential. Adsorption using activated carbon has been widely used to remove micropollutants, but this adsorbent requires an expensive and inefficient phase separation step, compromising the efficiency and cost of the adsorptive process. Thus, an innovative and unprecedented process based on ionic flocculation-assisted adsorption (IFAA) using the surfactant sodium dodecanoate was proposed, aiming to increase the adsorption capacity of the process and facilitate phase separation. In the context of the search for bioadsorbents, the potential of sweet sorghum bagasse (NSB) and chemically treated with sulfuric acid (TSB) as adsorbents was also evaluated, aiming to remove DCF and CIP from synthetic wastewater. The efficiency of the processes of adsorption and adsorption assisted by ionic flocculation was evaluated from a kinetic study, equilibrium isotherms, thermodynamic properties and for activated carbon as adsorbent, the kinetics of separation through the sedimentation process was studied. In the study of direct adsorption and IFAA using activated carbon as adsorbent and DCF as a contaminant, the adsorption kinetics followed the pseudo-second order model in both processes. From the equilibrium isotherms, the maximum adsorption capacity obtained was 49.43 and 51.85 mg.g-1 in direct adsorption and IFAA, respectively, being best represented by the Langmuir model. In the sedimentation analysis, it was noticed that the higher the surfactant concentration, the higher the compaction height, the higher the decantation speed and the shorter time to obtain the clarified effluent. In the adsorption of DCF and CIP in NSB and TSB, the chemical treatment carried out in the NSB modified the lignocellulosic composition of this material, reducing the percentage of lignin by 35%, hemicellulose by 26% and increasing the alpha-cellulose content by 20%. The pseudo-second order model was the one that best fitted the adsorption kinetics of DCF and CIP in both adsorbents, as evidenced by the correlation coefficients and the sum of squares of the residues. The equilibrium isotherms obtained with the adsorbents (NSB and TSB) and the CIP were better fitted with the Langmuir model (R² > 0.98). In the case of DCF adsorption, the Freundlich model provided the best fit (R² > 0.99). The thermodynamic analysis revealed that the processes occurred spontaneously, exothermically and that there is a reduction in randomness at the solid-solution interface. The use of IFAA proved to be effective by increasing the adsorption capacity of the DCF, promoting a better phase separation of the constituents (adsorbent and DCF), making the separation faster and more efficient. The ability of NSB and TSB to adsorb DCF and CIP from water was evidenced, highlighting its potential as an efficient, environmentally friendly and low-cost bioadsorbent. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O diclofenaco de sódio (DCF) é um anti-inflamatório com alta toxicidade e frequentemente detectado em efluentes e estações de tratamento de águas residuais. O ciprofloxacino (CIP) é um antibiótico que é amplamente utilizado no tratamento clínico e veterinário para prevenção de infecções bacterianas, com alto potencial poluidor. A adsorção utilizando o carvão ativado tem sido bastante usada para remoção de micropoluentes, porém esse adsorvente exige uma etapa de separação de fases dispendiosa e ineficiente, comprometendo a eficiência e o custo do processo adsortivo. Neste estudo propõe-se um processo inovador e inédito baseado na adsorção assistida por floculação iônica (AAFI) utilizando o tensoativo dodecanoato de sódio objetivando aumentar a capacidade adsorção do processo e facilitar a separação das fases. No âmbito pela busca de bioadsorventes, avaliou-se também o potencial do bagaço do sorgo sacarino in natura (BSN) e tratado quimicamente com ácido sulfúrico (BST) como adsorventes, visando remover de águas residuais sintéticas o DCF e CIP. A eficiência dos processos de adsorção e adsorção assistida por floculação iônica foi avaliada a partir de um estudo cinético, de equilíbrio, propriedades termodinâmicas e para o carvão ativado como adsorvente, estudou-se a posterior separação deste através do processo de sedimentação. No estudo de adsorção direta e AAFI utilizando o carvão ativado como adsorvente e o DCF como contaminante, a cinética de adsorção seguiu o modelo de pseudosegunda ordem em ambos os processos. A partir das isotermas de equilíbrio, a capacidade máxima de adsorção obtida foi de 49,43 e 51,85 mg.g-1 na adsorção direta e AAFI, respectivamente, sendo melhor representada pelo modelo de Langmuir. Na análise de sedimentação percebeu-se que quanto maior a concentração de tensoativo maior altura de compactação, maior velocidade de decantação e menor tempo para obtenção do efluente clarificado. Na adsorção de DCF e CIP em BSN e BST, o tratamento químico realizado no BSN modificou a composição lignocelulósica desse material, reduzindo o percentual de lignina em 35%, hemicelulose 26% e aumentando o teor de alfa-celulose em 20%. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou à cinética de adsorção de DCF e CIP em ambos adsorventes. As isotermas de equilíbrio obtidas com os adsorventes e o CIP foram melhor ajustadas com o modelo de Langmuir, já com DCF, o modelo de Freundlich forneceu o melhor ajuste. A capacidade máxima de adsorção obtida com o BSN foi de 3,02 mg.g-1 e 2,55 mg.g-1 para o DCF e o CIP, respectivamente e por sua vez o BST forneceu os valores de 4,03 mg.g-1 e 3,31 mg.g-1 para o DCF e o CIP, respectivamente. A análise termodinâmica revelou que os processos ocorreram de forma espontânea, exotérmica e que há uma redução da randomicidade na interface sólido-solução. O uso da AAFI mostrou-se eficaz pelo aumento da capacidade de adsorção do DCF, além de promover uma melhor separação dos constituintes (adsorvente e DCF), tornando a separação mais rápida e eficiente. A capacidade do BSN e BST para adsorver DCF e CIP da água foi evidenciada, destacando seu potencial como bioadsorvente eficiente, ambientalmente amigável e de baixo custo. 2023-04-19T20:52:24Z 2023-04-19T20:52:24Z 2023-03-03 doctoralThesis LIMA, Fernanda Siqueira. Avaliação da remoção de fármacos por processos adsortivos: estudos isotérmico, cinético e termodinâmico. Orientador: Eduardo Lins de Barros Neto. 2023. 128f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52209 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA |