dissertação

Misturas de solvente eutético profundo e cloreto de ferro como agentes de modificação pré-pirólise para o desenvolvimento de adsorventes aplicados à remoção de cromo

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Resumo

A contaminação de corpos hídricos por elementos potencialmente tóxicos (EPTs), com destaque para o cromo na forma hexavalente (Cr(VI)), constitui um grave problema ambiental e de saúde pública, estando majoritariamente associada ao lançamento inadequado de efluentes industriais. Entre as tecnologias para o tratamento desses efluentes, a adsorção se sobressai por sua elevada eficiência, simplicidade operacional e viabilidade econômica. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo desenvolver e avaliar biocarvões de bagaço de cana-de-açúcar (BCA), quimicamente modificados com solventes eutéticos profundos (DES) à base de ácido metanossulfônico e cloreto de colina, bem como com cloreto de ferro (III), visando à remoção de Cr(VI) de soluções aquosas. O BCAfoi submetido a tratamentos pré-pirólise utilizando ácido metanossulfônico, cloreto de colina e cloreto férrico, isoladamente e em diferentes combinações, seguido de pirólise a 400 e 600 °C. Os materiais obtidos foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e determinação do ponto de carga zero (pHPCZ), a fim de elucidar as modificações estruturais, químicas e morfológicas promovidas pelos tratamentos. Os ensaios de adsorção demonstraram que o pH do meio exerce influência significativa no processo, com maiores eficiências de remoção em condições ácidas, associado à predominância do íon dicromato e à superfície carregada positivamente dos biocarvões. Os materiais CADES4 e CADESF4 apresentaram remoções superiores a 94% na dose ótima de 2,0 g L⁻¹. Os estudos cinéticos indicaram que o equilíbrio foi alcançado em aproximadamente 720 minutos, sendo o modelo de Elovich o que melhor descreveu os dados experimentais, sugerindo que a adsorção ocorre predominantemente em sítios ativos energeticamente heterogêneos. As isotermas de adsorção foram classificadas como do tipo L, com melhor ajuste ao modelo de Sips, evidenciando superfícies heterogêneas e capacidades máximas de adsorção próximas a 74 mg g⁻¹. Além disso, os biocarvões apresentaram boa estabilidade e potencial de reuso ao longo de quatro ciclos sucessivos o material removeu 74% de cromo (IV) em solução. Assim, os materiais desenvolvidos configuram-se como alternativas promissoras, sustentáveis e de baixo custo para a remediação de águas contaminadas por Cr(VI).

Abstract

The contamination of water bodies by potentially toxic elements (EPTs), especially chromium in the hexavalent form (Cr(VI)), is a serious environmental and public health problem, and is mostly associated with the inappropriate discharge of industrial effluents. Among the technologies for the treatment of these effluents, adsorption stands out for its high efficiency, operational simplicity and economic viability. In this context, this study aimed to develop and evaluate sugarcane bagasse (BCA) biochars, chemically modified with deep eutectic solvents (DES) based on methanesulfonic acid and choline chloride, as well as with iron(III) chloride, aiming at the removal of Cr(VI) from aqueous solutions. BCA was submitted to pre-pyrolysis treatments using methanesulfonic acid, choline chloride and ferric chloride, alone and in different combinations, followed by pyrolysis at 400 and 600 °C. The materials obtained were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray excited photoelectron spectroscopy (XPS) and determination of the zero-charge point (pHPCZ), to elucidate the structural, chemical and morphological changes promoted by the treatments. The adsorption assays showed that the pH of the medium exerts a significant influence on the process, with higher removal efficiencies under acidic conditions, associated with the predominance of dichromate ion and the positively charged surface of the biochars. The CADES4 and CADESF4 materials showed removals greater than 94% at the optimal dose of 2.0 g L⁻¹. The kinetic studies indicated that equilibrium was reached in approximately 720 minutes, and the Elovich model was the one that best described the experimental data, suggesting that adsorption occurs predominantly in energetically heterogeneous active sites. The adsorption isotherms were classified as L-type, with better fit to the Sips model, showing heterogeneous surfaces and maximum adsorption capacities close to 74 mg g⁻¹. In addition, the biochars showed good stability and potential for reuse over four successive cycles, the material removed 74% of chromium (IV) in solution. Thus, the materials developed are promising, sustainable and lowcost alternatives for the remediation of Cr(VI)-contaminated waters.

Descrição

Área de concentração

Química/Bioquímica

Linha de pesquisa

Química Ambiental aplicada à Agricultura

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

Marca

Objetivo

Procedência

Impacto da pesquisa

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DOI

Citação

VAN OPBERGEN, Guilherme Gerrit Avelar Zorgdrager. Misturas de solvente eutético profundo e cloreto de ferro como agentes de modificação pré-pirólise para o desenvolvimento de adsorventes aplicados à remoção de cromo. 2026. 88 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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