Argilas organofílicas aplicadas à remoção de carbamazepina visando a remediação de águas subterrâneas contaminadas

dc.contributor.advisorChiavone Filho, Osvaldo
dc.contributor.advisor-co1Furtini, Josy Anteveli Osajima
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2621516646153655pt_BR
dc.contributor.authorViegas, Rayanne Macêdo Aranha
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8095792689248890pt_BR
dc.contributor.referees1Silva Filho, Edson Cavalcanti da
dc.contributor.referees2Bezerra, Italla Medeiros
dc.contributor.referees3Magalhães, Vivian Maria de Arruda
dc.date.accessioned2024-05-16T12:02:44Z
dc.date.available2024-05-16T12:02:44Z
dc.date.issued2024-02-26
dc.description.abstractIn recent years there has been growing concern about the contamination of water by emerging contaminants, such as pharmaceuticals. Carbamazepine (CBZ) is a psychotropic drug widely used throughout the world and has been frequently detected in water bodies, including groundwater. Organoclays have been used as efficient adsorbents for pharmaceutical pollutants. In this study, four types of organoclays were prepared from the modification of national bentonite clay with two cationic surfactants: hexadecyltrimethylammonium bromide (HDTMA) and octadecyltrimethylammonium bromide (ODTMA). X-ray diffraction analyzes showed that the basal spacing of organoclays varied from 1.54 to 2.93 nm, suggesting the intercalation of organic cations in the interlayer space of montmorillonite. Initially, the synthesized clays were evaluated as adsorbents for the sorption of CBZ through batch equilibrium experiments, under variation of the pH, contact time, dosage of adsorbent, and initial drug concentration. pH variation showed no adsorption influence. CBZ sorption by the organoclays followed a pseudo-second-order kinetics. The best sorption performance was obtained for the BCN1-HDTMA100 clay, with a capacity of 34.34 ± 1.41 mg/g, about ten times greater than the unmodified bentonite under the same conditions. This may be attributed to the higher surfactant content. The adsorption isotherm at 25 ºC showed linear behavior. FTIR and TG analyzes on organoclay-CBZ hybrids confirmed the incorporation of the drug. Hydrophobic interaction was the dominant contribution evaluated to the adsorption of CBZ. Furthermore, toxicity tests were carried out on organoclays and the medium in the presence of CBZ before and after treatment. This is a novelty report. Most of the organoclays had no toxicity against Artemia salina. The toxicity of the medium after adsorptive treatment was eliminated. After batch study, two synthesized organoclays (BCN1-HDTMA100 and BCN1-ODTMA100) were selected for the study of continuous adsorption of CBZ through tests in a fixed bed column filled with a mixture of sand and organoclay aiming at application as a medium reactive Permeable Reactive Barriers (PRB) for groundwater remediation. At this stage, the performance of the synthesized clays was compared to that of a commercial organoclay, Spectrogel Type C. The adsorption performance was evaluated using breakthrough curves. The effects of the initial drug concentration, quantity and type of clay in the fixed bed were evaluated. In general, the synthesized clays performed better than Spectrogel Type C. The lower adsorption capacity of CBZ by commercial clay may be associated with effects related to the packing density of organic cations in the interlayer space. Under the conditions of 1.0g of clay in the bed, 95 mg/L of initial CBZ concentration and flow rate of 1.0 mL/min, the clays BCN1HDTMA100 and BCN1-ODTMA100 presented breakthrough times of 505 and 525 min and adsorption capacities of 46.6 and 50.1 mg/g, respectively. Therefore, organoclays have demonstrated promising potential for use in groundwater remediation applications.pt_BR
dc.description.resumoNos últimos anos, tem crescido a preocupação com a contaminação das águas por contaminantes emergentes, como os fármacos. A carbamazepina (CBZ), um psicotrópico amplamente utilizado, tem sido frequentemente detectada em corpos hídricos, inclusive em águas subterrâneas. Argilas organofílicas têm sido utilizadas como adsorventes eficientes para poluentes farmacêuticos. Nesse estudo, quatro tipos de argilas organofílicas foram preparados a partir da modificação de argila bentonita com dois surfactantes catiônicos: brometo de hexadeciltrimetilamônio (HDTMA) e brometo de octadeciltrimetilamônio (ODTMA). Os materiais sintetizados foram amplamente caracterizados. Análises de difrações de raios-X mostraram que o espaçamento basal das argilas organofílicas variou de 1,54 a 2,93 nm, sugerindo a intercalação dos cátions orgânicos no espaço interlamelar da montmorillonita. Inicialmente, as argilas sintetizadas foram avaliadas como adsorventes para a sorção de CBZ por meio de experimentos de equilíbrio em batelada, nos quais foram variados o pH, o tempo de contato, a dosagem de adsorvente e a concentração inicial do fármaco. A variação de pH não mostrou influência na adsorção. A sorção de CBZ pelas argilas organofílicas seguiu uma cinética de pseudo-segunda ordem. O melhor desempenho de sorção foi obtido para a argila BCN1-HDTMA100, com capacidade de 34,34 ± 1,41 mg/g, cerca de dez vezes maior que a bentonita não modificada nas mesmas condições. Isto foi atribuído ao tipo e maior teor de surfactante. A isoterma de adsorção a 25 ºC apresentou um comportamento linear. As análises de FTIR e TG nos híbridos argila organofílica-CBZ confirmaram a incorporação do medicamento. A interação hidrofóbica foi a contribuição dominante para a adsorção de CBZ nas argilas. Além disso, foram realizados testes de toxicidade das argilas organofílicas e do meio na presença de CBZ antes e após o tratamento. A maioria das argilas organofílicas não apresentou toxicidade contra Artemia salina nas condições avaliadas e a toxicidade do meio após o tratamento foi eliminada. Após esse estudo em batelada, duas argilas organofílicas sintetizadas (BCN1-HDTMA100 e BCN1-ODTMA100) foram selecionadas para o estudo de adsorção contínua de CBZ através de ensaios em coluna de leito fixo preenchida com uma mistura de areia e argila organofílica visando aplicação como meio reativo de Barreiras Reativas Permeáveis (BRPs) para remediação de águas subterrâneas. Nessa etapa, o desempenho das argilas sintetizadas foi comparado ao de uma argila organofílica comercial, a Spectrogel Tipo C. O desempenho da adsorção foi avaliado por meio de curvas de ruptura. Os efeitos da concentração inicial do fármaco, da quantidade e do tipo de argila no leito foram avaliados. De modo geral, as argilas sintetizadas apresentaram desempenho superior à argila comercial Spectrogel Tipo C. A menor capacidade de adsorção de CBZ pela argila comercial pode estar associada a efeitos relacionados com a densidade de empacotamento dos cátions orgânicos no espaço interlamelar. Nas condições de 1,0g de argila no leito, 95 mg/L de concentração inicial de CBZ e taxa de fluxo de 1,0 mL/min, as argilas BCN1-HDTMA100 e BCN1-ODTMA100 apresentaram tempos de ruptura de 505 e 525 min e capacidades de adsorção de 46,6 e 50,1 mg/g, respectivamente. Portanto, as argilas organofílicas demonstraram um potencial promissor em serem utilizadas em aplicações de remediação de águas subterrâneas.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationVIEGAS, Rayanne Macêdo Aranha. Argilas organofílicas aplicadas à remoção de carbamazepina visando a remediação de águas subterrâneas contaminadas. Orientador: Dr. Osvaldo Chiavone Filho. 2024. 145f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58344
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectContaminantes emergentespt_BR
dc.subjectPoluentes farmacêuticospt_BR
dc.subjectTratamento de águapt_BR
dc.subjectBentonita modificadapt_BR
dc.subjectAdsorção em leito fixopt_BR
dc.subjectBarreira reativapt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleArgilas organofílicas aplicadas à remoção de carbamazepina visando a remediação de águas subterrâneas contaminadaspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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