Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/12039
Título: Síntese e caracterização de um derivado de celulose aminado e sua utilização na remoção de Cu(II) e As(V) de soluções aquosas mono- e multicomponente.
Autor(es): Pereira, Amanda Raimundi
Orientador(es): Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Soares, Liliane Catone
Palavras-chave: Celulose
Produtos químicos
Termodinâmica
Mecânica quântica
Data do documento: 2019
Membros da banca: Egreja Filho, Fernando Barboza
Gil, Laurent Frédéric
Savedra, Ranylson Marcello Leal
Soares, Liliane Catone
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Referência: PEREIRA, Amanda Raimundi. Síntese e caracterização de um derivado de celulose aminado e sua utilização na remoção de Cu(II) e As(V) de soluções aquosas mono- e multicomponente. 2019. 149 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Resumo: A contaminação dos recursos hídricos por elementos tóxicos é um problema global que tem despertado a atenção de pesquisadores nas últimas décadas. Estudos mostram que, em Ouro Preto (MG) e região, as águas são provenientes, geralmente, de nascentes ou minas de ouro abandonadas, e estas contêm considerável concentração de arsênio e outros elementos tóxicos. Os métodos de tratamento de água geralmente são de elevados custos e, por isso, há uma exigência na busca de métodos alternativos, eficazes e com custos reduzidos. Neste sentido, a bioadsorção é uma boa alternativa para a remoção de elementos tóxicos de soluções aquosas. Neste trabalho, a celulose foi empregada como matéria-prima para a preparação de um material adsorvente destinado à remoção simultânea de As(V) e Cu(II) de soluções aquosas sinteticamente contaminadas. Para isso, modificou-se a celulose com cloreto de p-toluenossulfonila e, em seguida, substituiu-se o grupo tosila por etilenodiamina, produzindo um adsorvente (CEDA) versátil (já que adsorve simultaneamente cátion e ânion) e eficiente, contendo cerca de 5,2 mmol g -1 de funções amina, determinadas por titulação condutimétrica. A modificação da celulose para obtenção da CEDA foi confirmada por análise elementar e pelas análises de DRX, FTIR e RMN 13C no estado sólido, além de análise térmica, que indicou que a CEDA apresenta ligeira menor estabilidade térmica que a celulose. A análise de MEV sugeriu que a CEDA não apresenta morfologia em macrofibras como a celulose, devido ao processo de dissolução. Foram realizados estudos de adsorção em batelada que determinaram o melhor pH para adsorção de As(V) e Cu(II) de 3,0 e 5,5, respectivamente, ambos valores abaixo do valor de pHPCZ da CEDA de 9,3. A CEDA apresentou capacidade máxima de adsorção (Qmáx) de 1,62 mmol g -1 de As(V) e 1,09 mmol g -1 de Cu(II). As cinéticas de adsorção de As(V) e Cu(II) foram ambas descritas pelo modelo de pseudo segunda ordem e foi ajustada, também, pelos modelos de difusão intrapartícula e de Boyd. O modelo de Langmuir ajustou bem os dados da isoterma de adsorção de ambos os íons. Os valores de ΔadsH°, determinados por calorimetria de titulação isotérmica, foram de - 32 kJ mol-1 para As(V) e -93 kJ mol-1 para Cu(II). O valor de ΔadsG° foi determinado utilizando-se a constante de Langmuir e, o valor de ΔadsS, pela equação fundamental da termodinâmica. Os parâmetros termodinâmicos de adsorção junto aos experimentos de adsorção em sistemas multicomponente (bicomponente Cu(II)/As(V), tricomponente de ânions e tricomponente de cátions), experimentos de troca de íons (troca de cátions e troca de ânions) e cálculos de mecânica quântica molecular foram utilizados para discutir os mecanismos de adsorção dos íons em CEDA, os quais sugeriram que a adsorção de As(V) e Cu(II) em CEDA ocorre, respectivamente, por interação eletrostática e formação de complexo de esfera interna. Os estudos de dessorção mostraram eficiência entre 92 e 93% para As(V) e de 66% para Cu(II) e, os estudos de re-adsorção, eficiência entre 82 e 95% para As(V) e de 53% para Cu(II), evidenciando que a CEDA possui bom potencial para reutilização.
Resumo em outra língua: Contamination of water resources by toxic elements is a global problem that has attracted the attention of researchers in recent decades. Studies have shown that in the city of Ouro Preto (Minas Gerais, Brazil) and the surrounding region that the city’s water supply has been contaminated by abandoned springs and mines with arsenic and other toxic elements. Water treatment methods are often costly and so there is a demand for alternative and cost-effective methods. Therefore, bioadsorption is a good alternative for the removal of toxic elements from aqueous solutions. In this study, cellulose was used as raw material for the preparation of an adsorbent material for the simultaneous removal of As(V) and Cu(II) from contaminated aqueous solutions. Cellulose was modified by chemical reaction with ptoluenesulfonyl chloride and the tosyl group was subsequently replaced by ethylenediamine, producing a versatile (since it simultaneously adsorbs cation and anion) and efficient adsorbent material (CEDA) containing about 5.2 mmol g-1 of amine functions, determined by conductivity titration. The cellulose modification to obtain CEDA was confirmed by elemental analysis and DRX analysis, FTIR and solid-state 13C NMR, as well as thermal analysis, which indicated that CEDA has slightly lower thermal stability than cellulose. SEM analysis suggested that CEDA did not present a morphology with macrofibers such as cellulose due to dissolution process. Batch adsorption studies were performed which determined the best adsorption pH for As(V) and Cu(II) to be 3.0 and 5.5, respectively, both below the CEDA pHPCZ value of 9.3. CEDA showed maximum adsorption capacity (Qmax) of 1.62 mmol g-1 for As(V) and 1.09 mmol g-1 for Cu(II). The adsorption kinetics of As(V) and Cu(II) was both described by the pseudo-second-order model and was also adjusted by the intraparticle and Boyd diffusion models. The adsorption isotherm data of both ions were well fit by the Langmuir model. The ΔadsH° values, determined by isothermal titration calorimetry, were -32 kJ mol-1 for As(V) and -93 kJ mol-1 for Cu(II). The ΔadsG° was determined using the Langmuir constant and ΔadsS° by the fundamental thermodynamic equation. The thermodynamic adsorption parameters along the adsorption experiments in multicomponent systems (bicomponent Cu(II)/As(V), anion tricomponent and cation tricomponent), ion exchange experiments (cation exchange and anion exchange) and calculations of molecular quantum mechanics were used to discuss the adsorption mechanisms on CEDA, which suggested that As(V) and Cu(I) adsorption on CEDA occurred by electrostatic interactions and formation of internal sphere complex, respectively. Desorption studies showed efficiency between 92 and 93% for As(V) and 66% for Cu(II) and readsorption studies showed efficiency between 82 and 95% for As(V) and 53% for Cu(II), revealing that CEDA has good potential for reuse.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/12039
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 20/03/2020 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
Aparece nas coleções:PPGQUIM - Mestrado (Dissertações)

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
DISSERTAÇÃO_SínteseCaracterizaçãoDerivado.pdf3,92 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciado sob uma Licença Creative Commons Creative Commons