Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/39597
Title: Descontaminação de águas utilizando bionanocompósitos magnéticos
Author: Bárbara Carvalho Pereira
Advisor: Ana Luísa Daniel da Silva
Vera Lúcia de Almeida Maria
Keywords: Nanopartículas magnéticas
Biopolímeros
Adsorção
Tratamento de água
Corantes orgânicos
Ecotoxicidade
Defense Date: 4-Jul-2023
Abstract: Os efluentes têxteis contêm uma variedade de compostos químicos, sendo que os corantes são reconhecidos como poluentes. A ineficácia dos processos convencionais de tratamento destes efluentes pode resultar em várias repercussões negativas nos ecossistemas aquático/terrestre. Além disso, não permitem a recuperação dos corantes, contribuindo para perdas económicas. Nesse contexto, este trabalho teve como principal objetivo o estudo de remoção de 4 corantes orgânicos, 2 catiónicos (AM e VM) e 2 aniónicos (RB e o ABBR), de soluções aquosas por adsorção utilizando nanopartículas (NP) magnéticas compósitas à base de 𝜅-carragenano (𝜅CRG) ou de trimetilquitosano (TMC). A utilização de misturas de NP magnéticas compósitas com cargas superficiais opostas permitiu a remoção simultânea de corantes aniónicos e catiónicos presentes em águas residuais. Os nanoadsorventes são constituídos por um núcleo magnético (Fe₃O₄) com cerca de 50 𝑛𝑚 de diâmetro, revestidos com um material híbrido orgânico/inorgânico composto por uma rede siliciosa contendo um dos biopolímeros. Os nanoadsorventes foram preparados e caracterizados por várias técnicas experimentais, incluindo análise elementar, análise da área superficial especifica, espetroscopia de infravermelhos, DRX, TEM e análise do potencial zeta. Realizaram-se estudos do processo de adsorção cinéticos e do equilíbrio isotérmico, para todos os poluentes, assim como o ajuste de modelos matemáticos aos dados experimentais obtidos. As capacidades máximas de adsorção obtidas foram: 606 𝑚𝑔/𝑔 para o AM (𝜅CRG), 656 𝑚𝑔/𝑔 para o VM (𝜅CRG), 317 𝑚𝑔/𝑔 para o RB (TMC) e 510 𝑚𝑔/𝑔 para o ABRR (TMC). As isotérmicas revelaram que, para todos os corantes estudados, o processo de adsorção é favorável, sendo o melhor ajuste dado pela isotérmica de Sips. Quanto à regeneração e reutilização dos adsorventes, os resultados mostram que as NP utilizadas na remoção do AM (𝜅CRG) mantêm uma capacidade de remoção de 99 % ao fim de 5 ciclos de regeneração e reutilização. O mesmo adsorvente, no último ciclo, apresentou uma remoção de 95 % do corante VM. Nos adsorventes à base de TMC, observou-se uma diminuição de 2,3 % e 19 % na remoção do RB e do ABRR, respetivamente. Com apenas 3 lavagens com uma solução de 𝐾𝐶ℓ foi possível recuperar 43 % de AM (𝜅CRG), 60 % de VM (𝜅CRG) e 33 % de RB (TMC). Foi comparada a capacidade de remoção dos corantes individualmente em água ultrapura e em águas residuais e, por fim, testou-se a remoção dos corantes combinados em misturas também nos 2 tipos de água. De forma a avaliar a potencial toxicidade dos nanoadsorventes, dos corantes individuais e das misturas no meio ambiente, em caso de libertação acidental para o meio ambiente, foi utilizado o modelo ecotoxicológico peixe-zebra (Danio rerio). A exposição dos embriões foi de 96 ℎ a 2,5 𝑚𝑔/𝐿 de cada um dos tipos de NP ou 5 𝑚𝑔/𝐿 das suas misturas, bem como a 0,1 𝑚𝑔/𝐿 de corantes individuais ou misturas complexas e água remediada. Nenhuma das condições experimentais induziu mortalidade, malformações nem outros efeitos na eclosão, no batimento cardíaco, no tempo total de natação e nos tipos de movimento. Apesar de se verificarem efeitos na distância total de natação e na frequência dos ângulos, os adsorventes não foram letais para os embriões e larvas de peixe-zebra, mostrando segurança no seu uso para a remediação de águas.
Textile effluents contain a variety of chemical compounds, with dyes being recognized as pollutants. The inefficiency of conventional treatment processes for these effluents can result in several negative repercussions on aquatic/terrestrial ecosystems. In addition, they do not allow the recovery of the dyes, contributing to economic losses. In this context, this work had as its main objective the study of the removal of 4 organic dyes, 2 cationic (AM and VM) and 2 anionic (RB and the ABBR), from aqueous solutions by adsorption using composite magnetic nanoparticles (NP) based on κ-carrageenan (κCRG) or trimethyl chitosan (TMC). Using mixtures of composite magnetic NP with opposite surface charges enabled the simultaneous removal of anionic and cationic dyes in wastewater. The nanoadsorbents consist of a magnetic core (Fe₃O₄) with a diameter of about 50𝑛𝑚, coated with an organic/inorganic hybrid material composed of a silica mesh containing one of the biopolymers. The nanoadsorbents were prepared and characterized by various experimental techniques, including elemental analysis, specific surface area analysis, infrared spectroscopy, XRD, TEM and zeta potential analysis. Kinetic and isothermal equilibrium studies of the adsorption process were performed for all pollutants, as well as the fitting of mathematical models to the experimental data obtained. The maximum adsorption capacities obtained were: 606𝑚𝑔/𝑔 for AM (𝜅CRG), 656𝑚𝑔/𝑔 for VM (𝜅CRG), 317𝑚𝑔/𝑔 for RB (TMC) and 510𝑚𝑔/𝑔 for ABRR (TMC). The isotherms revealed that for all the dyes studied, the adsorption process is favorable, with the best fit given by the Sips isotherm. As for the regeneration and reuse of the adsorbents, the results show that the NP used for the removal of AM (κCRG) maintains a removal capacity of 99%after 5cycles of regeneration and reuse. The same adsorbent in the last cycle showed 95%removal of VM dye. For the TMC based adsorbents, a decrease of 2,3%and 19%in the removal of RB and ABRR respectively was observed. With only 3washes with a 𝐾𝐶ℓsolution, it was possible to recover 43%of AM (κCRG), 60%of VM (κCRG) and 33%of RB (TMC). The removal capacity of the dyes individually in ultrapure water and in wastewater was compared, and finally the removal of the combined dyes in mixtures was tested also in the 2types of water. To evaluate the potential toxicity of nanoadsorbents, individual dyes and mixtures in the environment in case of accidental release into the environment, the zebrafish (Danio rerio) ecotoxicological model was used. The embryos were exposed for 96ℎto 2,5𝑚𝑔/𝐿of each of the NP types or 5𝑚𝑔/𝐿of their mixtures, as well as to 0,1𝑚𝑔/𝐿of individual dyes or complex mixtures and remediated water. None of the experimental conditions induced mortality, malformations, or other effects on hatching, on heart rate, on total swimming time and on movement types. Although there were effects on total swimming distance and on angle frequency, the adsorbents were not lethal to zebra fish embryos and larvae, showing safety in their use for water remediation.
URI: http://hdl.handle.net/10773/39597
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DQ - Dissertações de mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Documento_Bárbara_Pereira.pdf4.09 MBAdobe PDFembargoedAccess


FacebookTwitterLinkedIn
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.