Tecnologias alternativas para a remoção de Clorofénois em matrizes aquosas

• Tipo: Tese
• Data: 2005

Autores

Berta Maria Abreu Nogueiro Estevinho (Autor) FEUP

Classificação Científica

CORDIS: Ciências Naturais

Instituições Associadas

FEUPDEQ - Faculdade de Engenharia da U.P.- Departamento de Engenharia Quimica

Outras Informações

Resumo (PT): Os poluentes orgânicos vestigiais, onde se podem incluir os compostos organoclorados (OCs), representam actualmente um motivo de grande preocupação ambiental devido à sua toxicidade, fraca biodegradabilidade, bem como a propriedades recalcitrantes e cancerígenas. No grupo dos OCs encontram-se os 19 clorofenóis (CP), compostos com átomos de cloro substituídos no anel fenólico. O Pentaclorofenol (PCP) é um dos 8 CPs (mono-CP; 2,4-DCP; 2,4,6-TCP; 2,4,5-TCP; 2,3,4,5-TetraCP; 2,3,4,6-TetraCP; PCP) com produção industrial. A United States Environmental Protection Agency (US-EPA) fixou 1 μg/L para o limite de PCP em águas de consumo humano, enquanto que a União Europeia estipulou um máximo de 1-2 mg/L PCP para as descargas de efluentes industriais (indústrias produtoras de PCP-Na). A presença e a remoção de PCP têm sido estudadas em diferentes matrizes. Para águas, foram implementados alguns processos de tratamento com adsorção em carvão activado, mas a necessidade de regeneração e os elevados custos de operação motivaram a procura de adsorventes alternativos. A utilização de excedentários agrícolas como adsorventes, tal como as cascas de amêndoa, poderá apresentar algumas vantagens. Dada a elevada produção nacional de amêndoa -cerca de 50 % em massa de casca- procurou-se neste trabalho efectuar um estudo da viabilidade da utilização deste material para remover o PCP de sistemas aquáticos, sem qualquer tipo de tratamento de activação prévio. Um estudo preliminar das características físicas e químicas das cascas foi obtido por porosimetria de mercúrio e FTIR. A determinação do PCP em meio aquoso foi efectuada com micro-extracção em fase sólida (SPME) seguida da análise por cromatografia em fase gasosa com detector de captura electrónica (GC-ECD). A capacidade de remoção de PCP de soluções aquosas, por sorção em cascas de amêndoa, foi assim estudada tanto em ensaios por partidas (batch) como em contínuo. Avaliou-se, em batch, o tempo de equilíbrio para 2 granulometrias, a razão mássica óptima PCP/casca (para a qual a adsorção é máxima) e as isotérmicas de adsorção e de dessorção. Posteriormente, efectuaram-se ensaios preliminares em coluna, para provar a praticabilidade deste processo em diferentes tipos de aplicações. A caracterização da casca de amêndoa permitiu concluir que eram maioritariamente constituídas por macroporos e mesoporos. A área superficial média (cascas 1 = 10,95 m2/g e cascas 2 = 14,84 m2/g) é inferior à área superficial normal do carvão activado mas, por outro lado, a presença de alguns grupos funcionais pode conferir à casca maior afinidade química para adsorver fortemente o PCP à sua superfície. O tempo de equilíbrio foi de 24 horas para os ensaios em batch e, como era esperado, a adsorção do PCP foi maior para as partículas de menor diâmetro. Foi obtida uma eficiência de remoção média de 95,5 % para a razão inicial de 1 mg PCP/g casca. A isotérmica de Freundlich foi a que melhor se ajustou aos ensaios, quer em termos de adsorção, quer de dessorção. Os ensaios preliminares, em coluna, provaram que as cascas de amêndoa têm uma elevada afinidade para a adsorção do PCP, com eficiências de remoção superiores a 99,98 %, diminuindo a concentração de PCP de 10 mg/L para valores abaixo dos limites legais (1 μg/L). A saturação da coluna ocorreu após 41 horas nas condições especificadas. Estes resultados mostram que a casca de amêndoa pode ser um excelente adsorvente alternativo para remover PCP de águas contaminadas.

Abstract (EN): Trace organic pollutants, amongst which organochlorine compounds (OCs) are included, represent nowadays a major environmental concern, due to their toxicity, poor biodegradability and carcinogenic and recalcitrant properties. Chlorophenols (CP) are a group of 19 OCs with substituted chlorines in the phenolic ring. Pentachlorophenol (PCP) is one of the 8 CPs (mono-CP; 2,4-DCP; 2,4,6-TCP; 2,4,5-TCP; 2,3,4,5-TetraCP; 2,3,4,6-TetraCP; PCP) with industrial production. The United States Environmental Protection Agency (US-EPA) fixed 1 μg/L as the maximum limit for PCP in drinking water, whilst the European Union limited to 1-2 mg/l PCP the maximum discharge concentration in industrial effluents (PCP-Na producing plants). The presence and removal of pentachlorophenol (PCP) have been studied in different matrices. For waters, some treatment processes using sorption with activated carbon were implemented, but regeneration needs and high operation costs led to a renewed interest in the search for alternative sorbents. The use of an agricultural waste as sorbent, such as almond shell, may present several economical advantages. Considering the extensive national production of almond -on average, 50 % are shell (in mass)- this work was intended as a feasibility study to evaluate the ability of this material to remove PCP from aqueous systems, without any kind of previous activation treatment. A preliminary physical and chemical characterization was obtained by mercury porosimetry and FTIR. PCP determinations in aqueous media were performed by solid-phase microextraction (SPME) followed by gas chromatography with electron capture detection (GC-ECD). The capacity to remove PCP by sorption with almond shells was studied in batch and continuous (column) experiments. Batch adsorption was conducted using two particle sizes, to evaluate the equilibrium time, the best PCP/shell ratio with which the removal efficiency is the highest, and to obtain the adsorption and desorption isotherms. Afterwords, preliminary assays in column were performed, to prove the feasibility of this process in different applications. Almond shells characterization proved them to be mainly comprised by macropores and mesopores. The average surface area (shells 1 = 10,95 m2/g and shells 2 = 14,84 m2/g) is lower than those commonly found in activated carbons but, on the other hand, the presence of several functional groups may confer to shells the chemical affinity to adsorb PCP strongly to their surface. Equilibrium time was set in 24 hours for batch assays and, as expected, the adsorption of PCP was higher for particles with smaller diameter. An average removal efficiency of 95,5 % was found for an initial ratio of 1 mg PCP/g shell. The best correlations were obtained with the Freundlich isotherm, both for adsorption and desorption. The preliminary assays in column proved that almond shells have an high affinity for PCP sorption, with removal efficiencies higher than 99,98 %, and decreasing PCP concentration from 10 mg/L to values lower than the legal limit (1 μg/L). Column saturation was achieved after 41 hours, under the experimental conditions set. These results show that almond shell can be an excellent alternative for PCP removal from contaminated waters.

Idioma: Português

Tipo (Avaliação Docente): Científica

Nº de páginas: 139