Adsorção de ciprofloxacino e norfloxacino em solução aquosa por carvão ativado produzido a partir da casca do cupuaçu (theobroma grandiflorum)
The extensive use of antibiotics has caused several negative consequences for the environment and human health. Fluoroquinolones (FQs), present in the aquatic environment, are of particular concern. This study investigated the removal of ciprofloxacin (CIP) and norfloxacin (NOR) from aqueous solu...
| Autor principal: | NASCIMENTO, Rafael Alves do |
|---|---|
| Grau: | Tese |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Pará
2024
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16653 |
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ir-2011-166532025-02-27T14:31:59Z Adsorção de ciprofloxacino e norfloxacino em solução aquosa por carvão ativado produzido a partir da casca do cupuaçu (theobroma grandiflorum) Adsorption of cyprofloxacin and norfloxacin in aqueous solution by activated carbon produced from the shell of the cupuaçu (theobroma grandiflorum) NASCIMENTO, Rafael Alves do FARIA, Lênio José Guerreiro de http://lattes.cnpq.br/7428609361678173 COSTA, Cristiane Maria Leal http://lattes.cnpq.br/0581730621014796 https://orcid.org/0000-0002-9534-9998 Remoção de fluoroquinolonas;; ; Casca do cupuaçu Carvão ativado Contaminantes emergentes Removal of fluoroquinolones Cupuaçu shell Activated carbon Emerging contaminants CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA ENGENHARIA DE PROCESSOS USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS The extensive use of antibiotics has caused several negative consequences for the environment and human health. Fluoroquinolones (FQs), present in the aquatic environment, are of particular concern. This study investigated the removal of ciprofloxacin (CIP) and norfloxacin (NOR) from aqueous solutions using activated carbon derived from cupuaçu bark (CAC), an unconventional and low-cost adsorbent. The CAC was characterized physicochemically and the adsorption experiments followed the Box-Behnken design, evaluating the effects of contact time, adsorbate concentration and adsorbent dosage on the removal and adsorption capacity of CIP and NOR. The optimal conditions of the adsorption process were determined by the desirability function, and under these conditions the kinetic, isothermal and thermodynamic adsorption experiments were carried out. CAC showed a similar yield (50.22%) to other activated carbons with H3PO4, low humidity (4.81%) and ash (4.27%). Acidic functional groups were identified in CAC in greater quantities (3.982 mg Eq/g) than basic ones (0.092 mg Eq/g), and the pHPcz was found to be 3.85. A high surface area was quantified (1335.66 m²/g), with an average pore volume and diameter of 0.753 cm³/g and 2.206 nm, respectively. Due to the zwitterionic characteristics of CIP and NOR, adsorption was more efficient at pH 5.0. In this condition, the CAC assumes a basic character and as the CIP and NOR molecules are predominantly in their cationic forms, the electrostatic interaction is facilitated. The optimal conditions for CIP adsorption were: time of 266.40 min, concentration of 192 mg/L and dosage of 0.57 g/L; for NOR, 273.60 min, 186 mg/L and 0.55 g/L. The pseudo-second order (PSO) model and the external mass transfer resistance (EMTR) model best fitted the experimental data, indicating that external mass diffusion was the controlling step of adsorption. The Langmuir model indicated that adsorption occurred in a monolayer, with CIP adsorption capacities of 6.02 mg/g and NOR of 5.70 mg/g. Thermodynamic analysis revealed that the adsorption of CIP and NOR on CAC predominantly involves physisorption. The suggested mechanism for the adsorption of CIP and NOR on CAC may involve electrostatic forces, π-π interactions and hydrogen bonds. CAC regeneration was more effective with NaOH, but after two cycles of use, the percentage of CIP and NOR removal decreased to less than 50%. Thus, CAC proved to be an effective and low-cost adsorbent for the removal of CIP and NOR, also contributing to the reuse of cupuaçu biomass. O uso extensivo de antibióticos tem causado diversas consequências negativas para o meio ambiente e a saúde humana. As fluoroquinolonas (FQs), presentes no ambiente aquático, são especialmente preocupantes. Este estudo investigou a remoção de ciprofloxacino (CIP) e norfloxacino (NOR) de soluções aquosas utilizando carvão ativado derivado da casca do cupuaçu (CAC), um adsorvente não convencional e de baixo custo. O CAC foi caracterizado fisico-quimicamente e os experimentos de adsorção seguiram o planejamento de BoxBehnken, avaliando os efeitos do tempo de contato, concentração de adsorvato e dosagem de adsorvente sobre a remoção e capacidade de adsorção de CIP e NOR. As condições ótimas do processo de adsorção foram determinadas pela função de desejabilidade, e sob essas condições foram realizados os experimentos cinéticos, isotérmicos e termodinâmicos de adsorção. O CAC apresentou um rendimento similar (50,22%) ao de outros carvões ativados com H3PO4, baixa umidade (4,81%) e cinzas (4,27%). Grupos funcionais ácidos foram identificados no CAC em maior quantidade (3,982 mg Eq/g) do que os básicos (0,092 mg Eq/g), e o pHPcz encontrado foi de 3,85. Uma alta área superficial foi quantificada (1335,66 m²/g), com volume e diâmetro médio de poros de 0,753 cm³/g e 2,206 nm, respectivamente. Devido às características zwiteriônicas de CIP e NOR, a adsorção foi mais eficiente em pH 5,0. Nessa condição, o CAC assume um caráter básico e como as moléculas de CIP e NOR estão predominantemente em suas formas catiônicas, a interação eletrostática é facilitada. As condições ótimas para a adsorção de CIP foram: tempo de 266,40 min, concentração de 192 mg/L e dosagem de 0,57 g/L; para NOR, 273,60 min, 186 mg/L e 0,55 g/L. O modelo de pseudo-segunda ordem (PSO) e o modelo de resistência à transferência de massa externa (EMTR) melhor ajustaram-se aos dados experimentais, indicando que a difusão de massa externa foi a etapa controladora da adsorção. O modelo de Langmuir indicou que a adsorção ocorreu em monocamada, com capacidades de adsorção de CIP de 6,02 mg/g e NOR de 5,70 mg/g. A análise termodinâmica revelou que a adsorção de CIP e NOR em CAC envolve predominantemente fisissorção. O mecanismo sugerido para a adsorção de CIP e NOR em CAC pode envolver forças eletrostáticas, interações π-π e ligações de hidrogênio. A regeneração do CAC foi mais eficaz com NaOH, mas após dois ciclos de utilização, a porcentagem de remoção de CIP e NOR diminui para menos de 50%. Assim, o CAC se mostrou um adsorvente eficaz e de baixo custo para a remoção de CIP e NOR, contribuindo também para o reaproveitamento da biomassa do cupuaçu IFECT - Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Rondônia 2024-11-13T18:34:56Z 2024-11-13T18:34:56Z 2024-09-19 Tese NASCIMENTO, Rafael Alves do. Adsorção de ciprofloxacino e norfloxacino em solução aquosa por carvão ativado produzido a partir da casca do cupuaçu (theobroma grandiflorum) Nascimento. Orientador: Lênio José Guerreiro de Faria. 2024. 140 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16653. Acesso em:. https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16653 por Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Pará Brasil Instituto de Tecnologia UFPA Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia 1 CD-ROM |
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Repositório Institucional - Universidade Federal do Pará |
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The extensive use of antibiotics has caused several negative consequences for the
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physicochemically and the adsorption experiments followed the Box-Behnken design,
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(4.27%). Acidic functional groups were identified in CAC in greater quantities (3.982 mg
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and 2.206 nm, respectively. Due to the zwitterionic characteristics of CIP and NOR,
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and as the CIP and NOR molecules are predominantly in their cationic forms, the electrostatic
interaction is facilitated. The optimal conditions for CIP adsorption were: time of 266.40 min,
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g/L. The pseudo-second order (PSO) model and the external mass transfer resistance (EMTR)
model best fitted the experimental data, indicating that external mass diffusion was the
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Thermodynamic analysis revealed that the adsorption of CIP and NOR on CAC
predominantly involves physisorption. The suggested mechanism for the adsorption of CIP
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