dissertação

Materiais avançados para adsorção de herbicidas: uma abordagem inovadora combinando resíduos agroindustrial e eletroeletrônico

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Resumo

O uso extensivo de herbicidas e reguladores de crescimento vegetal, como o picloram e o 4- CPA, tem contribuído para a contaminação de águas e solos. Biocarvões produzidos a partir de resíduos agroindustriais surgem como alternativas sustentáveis para remoção desses compostos, especialmente após modificações químicas. Contudo, o alto custo de alguns agentes modificantes, como solventes eutéticos profundos (DES), motiva a busca por soluções mais econômicas, como misturas oriundas de processos de lixiviação verde. O objetivo deste trabalho é remover picloram e 4-CPA de meios aquosos utilizando biocarvões obtidos a partir de cascas de maracujá modificadas com DES e misturas derivadas do processo da lixiviação verde de metais a partir de diferentes resíduos eletroeletrônicos. Os biocarvões foram sintetizados em um forno tipo mufla, na temperatura de 400 °C e caracterizados por diferentes técnicas: espectroscopia de infravermelho por transformada de fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), análise termogravimétrica (TGA) e difração de raios X (DRX). Análises químicas para determinação do ponto de carga zero (pH PCZ ) e estudos avaliando o efeito do pH, estudos de cinética e equilíbrio de adsorção do picloram e 4-CPA foram realizados para os materiais de melhor desempenho de remoção: BC-M1 (não modificado), BC-D2 (oriundo da modificação da biomassa com ácido metassulfônico e cloreto de colina) e BC-LD2 (oriundo da modificação da biomassa com lixiviado de bateria íon-lítio utilizando ácido metassulfônico e cloreto de colina). Os diferentes tipos de pré-tratamento da biomassa afetaram a estrutura dos materiais, os grupos funcionais presentes na superfície e os valores de pH PCZ . Foram observados valores máximos de capacidade de adsorção, para os materiais BC-M1, BC-D2 e BC-LD2, respectivamente, de 49,68 mg g -1 ,149,22 mg g -1 , 129,33 mg g -1 para o picloram e de 83,31 mg g -1 , 151,54 mg g -1 e 147,27 mg g -1 para 4-CPA. A cinética de adsorção do BC-D2 e BC-LD2 foi muito rápida, atingindo o equilíbrio em aproximadamente 30 min, enquanto o BC-M1 exibiu cinética mais lenta. As isotermas de adsorção revelaram o modelo de Redlich-Peterson (R-P) como o melhor ajuste para BC-M1 e BC-D2, e de Sips para BC-LD2, na adsorção de picloram. Na adsorção do 4-CPA, o modelo de Sips apresentou melhor ajuste para BC-M1 e BC-D2, e para o BC-LD2, o modelo de Freundlich. Os biocarvões produzidos demonstram uma solução sustentável e econômica para o tratamento de contaminantes em água.

Abstract

The extensive use of herbicides and plant growth regulators, such as picloram and 4-CPA, has contributed to the contamination of water and soil. Biochars produced from agro-industrial waste emerge as sustainable alternatives for the removal of these compounds, especially after chemical modifications. However, the high cost of some modifying agents, such as deep eutectic solvents (DES), motivates the search for more economical solutions, such as mixtures derived from green leaching processes. The objective of this work is to remove picloram and 4-CPA from aqueous media using biochars obtained from passion fruit peels modified with DES and mixtures derived from the green leaching process of metals from different electronic waste (e-waste). The biochars were synthesized in a muffle furnace at a temperature of 400 °C and characterized by different techniques: fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), thermogravimetric analysis (TGA), and X-ray diffraction (XRD). Chemical analyses for determining the point of zero charge (pHPZC) and studies evaluating the effect of pH, adsorption kinetics, and equilibrium of picloram and 4-CPA were performed for the materials with the best removal performance: BC-M1 (unmodified), BC-D2 (derived from biomass modification with methanesulfonic acid and choline chloride), and BC-LD2 (derived from biomass modification with lithium-ion battery leachate using methanesulfonic acid and choline chloride). The different types of biomass pretreatment affected the structure of the materials, the functional groups present on the surface, and the pHPZC values. Maximum adsorption capacity values were observed for the BC-M1, BC-D2, and BC-LD2 materials, respectively, of 49.68 mg g⁻¹, 149.22 mg g⁻¹, 129.33 mg g⁻¹ for picloram and 83.31 mg g⁻¹, 151.54 mg g⁻¹, and 147.27 mg g⁻¹ for 4-CPA. The adsorption kinetics of BC-D2 and BC-LD2 were very fast, reaching equilibrium in approximately 30 min, while BC-M1 exhibited slower kinetics. The adsorption isotherms revealed the Redlich-Peterson (R-P) model as the best fit for BC-M1 and BC-D2, and the Sips model for BC-LD2, in picloram adsorption. In 4-CPA adsorption, the Sips model showed a better fit for BC-M1 and BC-D2, and the Freundlich model for BC-LD2. The produced biochars demonstrate a sustainable and economical solution for the treatment of contaminants in water.

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Química/Bioquímica

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FERNANDES, Isabela Vieira. Materiais avançados para adsorção de herbicidas: uma abordagem inovadora combinando resíduos agroindustrial e eletroeletrônico. 2025. 98 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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