Desenvolvimento de um adsorvente à base de engaço de uva e poli(vinil álcool) para remoção de safranina de matrizes aquosas

dc.contributor.advisorGiovanela, Marcelo
dc.contributor.authorMerck, Juliana Zanol
dc.contributor.otherPoletto, Matheus
dc.contributor.otherAguzzoli, Cesar
dc.contributor.otherCarli, Larissa Nardini
dc.date.accessioned2026-08-11T17:19:51Z
dc.date.issued2026-08-11
dc.date.submitted2026-05-22
dc.descriptionA contaminação dos recursos hídricos pelos corantes altera a penetração da luz na água e apresenta riscos ao meio ambiente, relacionados à toxicidade e a potenciais efeitos cancerígenos para animais e seres humanos. Portanto, é imperativo desenvolver processos eficazes para a remoção desses contaminantes. Assim, este trabalho propôs o reaproveitamento do engaço de uva, um resíduo da indústria vitivinícola, na produção de um adsorvente compósito para remoção do corante catiônico safranina (SA) de matrizes aquosas. O resíduo foi associado ao poli(vinil álcool) (PVA), produzindo-se um material com proporção entre engaço de uva e PVA de 5:1, além de 6% m/mPVA 10% de glicerol e 2% m/mPVA de ácido cítrico, na forma de uma barra de 0,183 cm de espessura, cortada em quadrados de 1 cm². A análise de espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier evidenciou a contribuição do engaço de uva para a diversidade de grupos funcionais disponíveis na superfície do adsorvente, incluindo anéis aromáticos, grupos metóxi, hidroxilas e carbonilas. Por sua vez, a presença do PVA foi associada a um discreto aumento da estabilidade térmica do compósito em relação à biomassa, conforme indicado pelos resultados da análise termogravimétrica, bem como à maior suavidade da superfície e à possível obstrução de poros em comparação às partículas de engaço isoladas, de acordo com as micrografias de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo. O pH no ponto de carga zero determinado para o compósito foi de 4,02; portanto, a atração eletrostática entre as moléculas de SA e os grupos negativamente carregados presentes na superfície do adsorvente é favorecida em valores de pH > 4,02. O processo adsortivo foi otimizado para um tempo de contato de 240 min, pH inicial natural da solução de corante (~5,9), massa de adsorvente de 600 mg, velocidade de agitação de 180 rpm e concentração inicial de SA de 195 mg L-¹, a 25 °C. Nessas condições, obteve-se capacidade de adsorção de 10,56 mg g-¹e percentual de remoção de 65,03%. O estudo da cinética revelou melhor ajuste ao modelo reacional de Elovich, além de indicar a participação conjunta da difusão intrapartícula e da difusão externa no controle da cinética de adsorção. Quanto ao equilíbrio, obteve-se uma isoterma favorável, melhor representada pelo modelo de Sips. O estudo da termodinâmica classifica a adsorção como endotérmica, espontânea e física. O adsorvente também apresentou potencial para reutilização por pelo menos cinco ciclos, sendo regenerado com ácido acético 0,1 mol L-¹. O mecanismo de adsorção da SA pelo compósito foi atribuído à atuação conjunta da atração eletrostática e de diferentes interações intermoleculares, incluindo ligações de hidrogênio, forças de van der Waals e interações π-π entre os sistemas aromáticos do adsorvente e da molécula de SA. Dessa forma, o compósito apresentou capacidade de adsorção de SA e reusabilidade, com maior facilidade de recuperação e reutilização (comparado à biomassa livre) e menor consumo de PVA (em relação ao uso de filmes adsorventes), além de promover o reaproveitamento de um resíduo agroindustrial. [resumo fornecido pelo autor]
dc.description.abstractThe contamination of water resources with dyes alters light penetration and poses risks to the environment, due to toxicity and potential carcinogenic effects towards animals and humans. Thus, it is imperative to develop effective processes for removing these contaminants. Hence, this work proposes the reuse of grape stalks, a wine industry byproduct, in producing a composite adsorbent for removing safranin cationic dye (SA) from aqueous media. The stalks were blended with poly(vinyl alcohol) (PVA), producing a material with a 5:1 grape stalk-to-PVA ratio, 6% m/mPVA 10% of glycerol, and 2% m/mPVA of citric acid, as a 0.183 cm thickness bar, which was cut into 1 cm² squares. Fourier transform infrared spectroscopy demonstrated grape stalk contribution to functional group diversity on adsorbent surface, such as aromatic rings, methoxy groups, hydroxyls and carbonyls. In turn, the presence of PVA was associated with a slight improvement in the thermal stability of the composite relative to the raw biomass, as indicated by thermogravimetric analysis, as well as with a smoother surface and possible pore obstruction compared with isolated grape stalk particles, as observed in field-emission scanning electron microscopy micrographs. The point of zero charge (pHPCZ) of the composite was determined to be 4.02. Accordingly, electrostatic attraction between SA molecules and negatively charged functional groups on the adsorbent surface is favored at pH values above 4.02. The adsorption process was optimized at a contact time of 240 min, the natural initial pH of the dye solution (~5.9), an adsorbent mass of 600 mg, an agitation speed of 180 rpm, and an initial SA concentration of 195 mg L-¹ at 25 °C. Under these conditions, an adsorption capacity of 10.56 mg g-¹ and a removal efficiency of 65.03% were achieved. Kinetic analysis showed that the adsorption process was best described by the Elovich model and suggested the combined contribution of intraparticle and external diffusion to the overall adsorption kinetics. The equilibrium isotherm was favorable and best represented by the Sips equation. Thermodynamic analysis revealed that the adsorption process was endothermic, spontaneous, and predominantly governed by physisorption. The adsorbent also demonstrated reusability potential for at least five cycles, regenerated with acetic acid 0.1 mol L-¹. The adsorption mechanism was attributed to the combined action of electrostatic attraction and multiple intermolecular interactions, including hydrogen bonding, van der Waals forces, and π-π interactions between the aromatic structures of the adsorbent and the SA molecules. Overall, the proposed composite exhibited adsorption capacity for SA and reusability, while offering easier recovery and reuse than the raw biomass, requiring substantially less PVA than adsorptive films, and promoting the valorization of an abundant agro-industrial byproduct. [resumo fornecido pelo autor]
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES
dc.identifier.citationMerck, Juliana Zanol
dc.identifier.urihttps://repositorio.ucs.br/11338/15809
dc.language.isopt
dc.language.isoen
dc.subjectAdsorção
dc.subjectRecursos hídricos
dc.subjectCorantes
dc.subjectPolímeros
dc.subjectVitivinicultura
dc.subjectAdsorption
dc.subjectWater resources
dc.subjectColorings matter
dc.subjectPolymers
dc.subjectViticulture
dc.titleDesenvolvimento de um adsorvente à base de engaço de uva e poli(vinil álcool) para remoção de safranina de matrizes aquosas
dc.typeDissertação
mtd2-br.advisor.instituationUniversidade de Caxias do Sul
mtd2-br.advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/0942821033505358
mtd2-br.author.lattesMERCK, J. Z.
mtd2-br.campusCampus Universitário de Caxias do Sul
mtd2-br.contributor.coorientadorRaota, Camila Suliani
mtd2-br.program.nameMestrado em Materiais

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