Extração, caracterização e utilização de lignina de Eucalyptus grandis na remoção do corante azul de metileno - Cemin, Alexandra (My University, 2019)
In the last decades, environmental problems have become increasingly critical and frequent mainly due to excessive population growth and increased industrial activity. The textile sector stands out in this scenario for generating large volumes of wastewater containing dyes. These wastewaters, when discarded in an inadequate way in the environment, are responsible for the contamination of several ecosystems, mostly of the aquatic systems, which are indispensable to the life and maintenance of the balance in the planet. Due to the greater rigor of legislation and increasing environmental awareness, the improvement and development of new technologies for this purpose has been the subject of great interest by the scientific community. In this context, adsorption has shown to be a very promising technique for the removal of color, since it has a relatively low cost, besides having considerable efficiency. Considering these aspects, the aim of this work was to evaluate the efficiency of the Eucalyptus grandis lignin in the removal of the methylene blue dye from synthetic aqueous solutions. Initially, the eucalyptus sawdust was collected, processed and subjected to the extraction of the lignin from this wood residue. Then, isolated lignin was characterized by several techniques, such as elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, solid-state carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy, thermogravimetric analysis, field emission scanning electron microscopy and pyrolysis coupled to gas chromatography/mass spectrometry. The specific surface area, the average pore size and the pH at the zero charge were also determined. The adsorption capacity of eucalyptus lignin was further investigated in a batch system, after the influence of experimental parameters, such as initial dye concentration, lignin mass, medium pH, stirring rate and temperature were previously evaluated. In general, the characterization analyzes showed the presence of several oxygenated functional groups, among them phenolic hydroxyls and methoxyls, and aromatic rings in the chemical structure of lignin, accompanied by a very heterogeneous morphology, as well as a relatively low surface area (20 m2 g-1) compared to other lignocellulosic materials. It has further been found that the pHPCZ required to neutralize the surface of the material is equal to 3.15, and that this characteristic directly influences the adsorption capacity of the material. Regarding the adsorption equilibrium, the data were well fitted with the Langmuir isotherm (R² = 0.9540) presenting, respectively, an isothermal constant of Langmuir (kL) of 0.0228 L mg-1 and a maximum adsorption capacity (qmax) of 31.97 mg g-1. From the thermodynamic point of view, the results evidenced a spontaneous (with values of ΔG°ads < 0), physical and endothermic (ΔH°ads = + 38.64 kJ mol-1) process, that occurs with an increase in the randomness of the system (ΔS°ads = + 141.26 J mol-1 K-1). Concerning the adsorption kinetics, the pseudo-second-order model was the one that best described the process. Lastely, the lignin of Eucalyptus grandis showed to be a good adsorbent for the removal of the methylene blue cationic dye, which can be reused at least four times without significant loss of its adsorbent capacity.(sic)
Nas últimas décadas, os problemas ambientais têm se tornado cada vez mais críticos e frequentes, principalmente em função do desmedido crescimento populacional e do aumento da atividade industrial. O setor têxtil destaca-se nesse cenário por gerar grandes volumes de efluentes contendo corantes. Esses efluentes, quando descartados de forma inadequada no meio ambiente, são responsáveis pela contaminação de vários ecossistemas, principalmente dos sistemas aquáticos, os quais são indispensáveis à vida e à manutenção do equilíbrio no planeta. Em virtude do maior rigor da legislação e da crescente conscientização ambiental, o aprimoramento e o desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de efluentes dessa natureza tem sido alvo de grande interesse pela comunidade científica. Nesse contexto, a adsorção tem se mostrado como uma técnica promissora para a remoção de cor, uma vez que apresenta custo relativamente baixo, além de possuir considerável eficiência. Considerando os aspectos mencionados, esse trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência da lignina de Eucalyptus grandis na remoção do corante azul de metileno de soluções aquosas sintéticas. Inicialmente, realizou-se a coleta, o processamento da serragem de eucalipto e extração da lignina desse resíduo de madeira. Em seguida, a lignina isolada foi caracterizada por meio de várias técnicas, tais como análise elementar, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono-13 no estado sólido, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo e pirólise acoplada à cromatografia gasosa e à espectrometria de massas. A área superficial específica, o tamanho médio de poros, bem como o pH no ponto de carga zero foram igualmente determinados. A capacidade de adsorção da lignina de eucalipto foi posteriormente investigada em sistema de batelada, após a influência de parâmetros experimentais, como concentração inicial de corante, massa de lignina, pH do meio, velocidade de agitação do sistema e temperatura terem sido previamente otimizados. Em geral, as análises de caracterização evidenciaram a presença de vários grupos funcionais oxigenados, dentre eles hidroxilas fenólicas e metoxilas, e de anéis aromáticos na estrutura química da lignina, acompanhada de uma morfologia bastante heterogênea, além de uma área superficial relativamente baixa (20 m2 g-1) em relação a outros materiais lignocelulósicos. Verificou-se ainda que o pHPCZ necessário para neutralizar a superfície do material é igual a 3,15, e que essa característica influencia diretamente a capacidade de adsorção do material. No que se refere ao equilíbrio de adsorção, a isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos resultados experimentais (R² = 0,9540), apresentando, respectivamente, uma constante isotérmica de Langmuir (kL) é igual a 0,0228 L mg-1 e uma capacidade máxima de adsorção (qm) igual a 31,97 mg g-1. Do ponto de vista termodinâmico, os resultados evidenciaram um processo espontâneo (com valores de ΔG°ads < 0), físico e endotérmico (ΔH°ads = + 38,64 kJ mol-1), e que ocorre com um aumento da aleatoriedade do sistema (ΔS°ads = + 141,26 J mol-1 K-1). Em relação à cinética de adsorção, o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor descreveu o processo. Por fim, a lignina de Eucalyptus grandis mostrou ser um bom adsorvente para a remoção do corante catiônico azul de metileno, podendo ser reutilizado, por no mínimo quatro vezes, sem perda significativa de sua capacidade adsorvente.(sic)
Keywords: Adsorção; Lignina; Eucalyptus grandis; Azul de metileno; Adsorption; Lignina; Eucalyptus grandis; Methylene Blue