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Title: Avaliação da remoção de fármacos por processos adsortivos: estudos isotérmico, cinético e termodinâmico
Other Titles: Evaluation of drug removal by adsorptive processes: isothermal, kinetic and thermodynamic studies
Authors: Lima, Fernanda Siqueira
Advisor: Barros Neto, Eduardo Lins de
Keywords: Adsorção;Floculação iônica micelar;Sedimentação;Bagaço do sorgo sacarino;Diclofenaco de sódio;Ciprofloxacino
Issue Date: 3-Mar-2023
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: 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.
Portuguese Abstract: 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.
Abstract: 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.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52209
Appears in Collections:PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química

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