Desenvolvimento de processos de impregnação de nanopartículas de compostos metálicos em carvão ativado por sintese verde para a melhoria da qualidade da água para consumo humano

Abstract

O desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento da água destinada ao consumo humano é uma necessidade crescente devido à conservação inadequada do solo e dos mananciais de onde a água é captada. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de processos de impregnação de nanopartículas de compostos de ferro ou prata em carvão ativado por métodos não poluentes, para a melhoria da qualidade da água potável. Os compostos metálicos foram impregnados utilizando o método de impregnação por síntese verde com extrato de folha de romã ou Moringa oleifera. A influência dos compostos metálicos no carvão ativado foi avaliada por potencial zeta, caracterização textural por área superficial específica (BET), área de microporos (método t), volume e diâmetro de microporos (método HK) e volume e diâmetro de mesoporos (método BJH), a caracterização estrutural foi realizada por análises de Difração de Raio-X (DRX) e a caracterização morfológica por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e por microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplado a um espectrômetro de EDX. Análises preliminares foram realizadas para determinar quais adsorventes apresentaram melhor potencial de adsorção de diclofenaco de sódio e as capacidades bacteriológicas das amostras. No processo de adsorção de diclofenaco de sódio, realizaram-se estudos da influência do pH, cinética, isotermas e propriedades termodinâmicas. Também foram realizados ensaios de adsorção em coluna de leito fixo, verificando a influência dos parâmetros, concentração inicial de diclofenaco de sódio e vazão de alimentação da coluna de leito fixo. O melhor potencial de adsorção em batelada foi alcançado sob pH 7. O modelo cinético que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o de pseudoprimeira ordem e o melhor modelo de equilíbrio foi o de Freundlich para o CAG na temperatura de 25° C e Langmuir para as demais temperaturas estudadas. O mesmo ocorreu para o CAGFeRo, já e CAGFeMo apresentou um melhor ajuste para Freundlich em todas as temperaturas. Quanto ao estudo termodinâmico, verificou-se que a reação de adsorção para todos adsorventes acontece de forma espontânea, favorável e é endotérmico, por fisiossorção. Já para os experimentos de adsorção em coluna de leito fixo, as melhores condições experimentais foram alcançadas sob concentração inicial de 250 mg L-1 para o CAG e 200 mg L-1 para o CAGFeRo e CAGFeMo e vazão de 3 mL min-1. Para os testes de inativação E. coli foram realizados ensaios variando a massa do adsorvente (3, 5 e 7 mg L-1) e a concentração inicial do microrganismo, obtendo, assim, curvas de cinética de inativação. O modelo de cinética de inativação de Chick-Watson apresentou uma boa correlação para todas as curvas. Desta forma, a metodologia de síntese verde usando extrato de folha de romã ou Moringa oleifera para impregnação do carvão ativado com nanopartículas de compostos metálicos mostrou-se eficiente, podendo ser uma alternativa promissora, visto que se trata de um material simples de ser produzido e ambientalmente correto

The development of new technologies for the water treatment intended for human consumption is a growing need due to the soil inadequate conservation and springs from which water is collected. The present work had as objective the development of impregnation processes of nanoparticles of iron or silver compounds in activated charcoal by non-polluting methods for the improvement of the quality of drinking water The metal compounds were impregnated using impregnation method by green synthesis with pomegranate leaf extract or Moringa oleifera. The influence of metallic compounds on the activated charcoal was evaluated by zeta potential, textural characterization by specific surface area (BET), micropores area (method t), micropores volume and diameter (HK method) and mesopores volume and diameter (BJH method). The structural characterization was performed by X-ray diffraction (XRD) analysis and the morphological characterization by transmission electronic microscopy (TEM) and by scanning electronic microscopy (SEM) coupled to an EDX spectrometer Preliminary analyzes were performed to determine which adsorbents presented the best adsorption potential of sodium diclofenac and the bacteriological capacities of the samples In the adsorption process of sodium diclofenac, studies were carried out on the influence of pH, kinetics, isotherms and thermodynamic properties Also adsorption tests were carried out in a fixed bed column , verifying the influence of the parameters, initial concentration of sodium diclofenac and flow rate The best batch adsorption potential was achieved under pH 7. The kinetic model that best fit the experimental data was the pseudo first order and the best equilibrium model was the Freundlich model for the CAG at 25 ° C and Langmuir for the other temperatures studied. The same occurred for CAGFeRo, and CAGFeMo presented a better adjustment for Freundlich at all temperatures. As for the thermodynamic study, it was verified that the adsorption reaction for all adsorbents happens spontaneously and favorably and is endothermic, by physosorption. For the adsorption experiments in the fixed bed column, the best experimental conditions were reached under initial concentration of 250 mg L-1 for CAG and 200 mg L-1 for CAGFeRo and CAGFeMo and 3 mL min-1 flow. For the E. coli inactivation tests, assays were performed by varying the mass of the adsorbent (3, 5 and 7 mg L-1) and the initial concentration of the microorganism, thus obtaining inactivation kinetics curves. Chick-Watson inactivation kinetics model showed a good correlation for all curves. Thus the green synthesis methodology using pomegranate leaf extract or Moringa oleifera for the impregnation of the activated charcoal with metallic compounds nanoparticles proved to be efficient and can be a promising alternative since it is a simple material to be produced and environmentally right