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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Compósito de hidrogel e biochar de casca de pinhão: preparo, caracterização e avaliação do potencial uso como fase ligante em dispositivos de difusão em filmes finos por gradiente de concentração (DGT)
metadata.dc.creator: Bitobrovec , Alessandra
metadata.dc.contributor.advisor1: Anjos, Vanessa Egéa dos
metadata.dc.contributor.referee1: Gilberto Abate , Abate
metadata.dc.contributor.referee2: Castro, Eryza Guimarães de
metadata.dc.description.resumo: O cromo é uma espécie metálica que possui amplo uso nos mais variados setores industriais. Os estados de oxidação mais estáveis no ambiente são o Cr(III) e o Cr(VI), sendo que essas espécies apresentam características químicas completamente diferentes. O Cr(III) é considerado um elemento traço essencial para os seres humanos, enquanto que o Cr(VI) é tóxico e cancerígeno. No meio ambiente, especialmente em compartimentos aquáticos, a forma hexavalente do cromo é a mais biodisponível, uma vez que o cromo trivalente facilmente forma complexos com substâncias húmicas e material particulado. Dessa forma, é importante realizar o monitoramento ambiental para que haja uma diferenciação e controle das espécies de cromo. Uma maneira de realizar isso é através de análises de especiação química com dispositivos DGT, os quais se baseiam na difusão de elementos através de uma camada difusiva e acumulação em uma fase ligante. Por isso, neste trabalho foram desenvolvidos materiais sorventes capazes de interagirem com as espécies de cromo e que possam ser aplicados nos dispositivos DGT como fase ligante alternativa de baixo custo e sustentável. Como materiais precursores foram utilizados o hidrogel de agarose e o biochar da casca de pinhão, semente da Araucaria angustifolia. Os materiais obtidos foram caracterizados por técnicas como FTIR, MEV, potencial Zeta e área superficial BET e BJH. Para os ensaios de sorção com as espécies de Cr, o biochar da casca de pinhão foi imobilizado no hidrogel de agarose, o qual foi chamado de compósito. Os experimentos foram conduzidos com variação da proporção de biochar no compósito, diferentes concentrações iniciais de Cr(III) e (VI), variação do pH e do tempo de contato. Os melhores resultados em pH=7 foram obtidos utilizando o compósito com a menor proporção de biochar (CP2), em menores tempos de sorção (3h) para concentrações de Cr menores (7 g L-1 ), com 83% e 40% de sorção para Cr(III) e (VI), respectivamente. No caso da maior concentração de Cr (40 a 70 g L-1 ) foi necessário um maior tempo de sorção (24h), para que fossem obtidas as melhores porcentagens de sorção. Por meio de espectros de FTIR obtidos pós sorção com Cr, foram observadas modificações, como o surgimento de bandas na região de 668 a 966 cm-1, atribuídas às vibrações assimétricas de Cr-O-Cr. Após a construção do Planejamento Fatorial 23 , as melhores condições de ensaio foram fixadas (CP2, menor concentração de Cr e menor tempo de sorção) para avaliar a variação do pH, e as maiores porcentagens de sorção foram obtidas em pH=3, sendo 86% para Cr(III) e 61% para Cr(VI). Para remover o Cr sorvido do material, foi realizada a dessorção com HNO3 1 mol L-1 . Foram necessárias duas etapas para extrair o Cr(VI) sorvido no material, enquanto que para Cr(III) apenas uma etapa de dessorção foi suficiente. Os resultados obtidos nos processos de sorção e dessorção de cromo indicam que o mecanismo de interação majoritário é por meio da formação de complexos de Cr com os grupos funcionais presentes na superfície dos materiais. Além disso, o material desenvolvido pode ser usado no dispositivo DGT como fase ligante alternativa na especiação química de cromo.
Abstract: Chromium is a metallic species that has wide use in several industrial sectors. The most stable oxidation states in the environment are Cr(III) and Cr(VI), and these species have completely different chemical characteristics. Cr(III) is considered an essential trace element for humans, while Cr(VI) is toxic and carcinogenic. In the environment, especially in aquatic compartments, the hexavalent form of chromium is the most bioavailable, since trivalent chromium easily forms complexes with humic substances and particulate matter. Thus, it is important to carry out environmental monitoring to control and to differentiate chromium species. One way to accomplish this is through chemical speciation analysis with DGT devices, which are based on the diffusion of elements through a diffusive layer and accumulation in a binding phase. Therefore, in this work, sorbent materials capable of interacting with chromium species were developed and it can be applied in DGT devices as an alternative, low-cost and sustainable binding phase. Agarose hydrogel and biochar of pinhão husk (seed of Araucaria angustifolia) were used as precursor materials. The materials obtained were characterized by techniques such as FTIR, SEM, Zeta potential and surface area BET and BJH. For the sorption assays with Cr species, the biochar of pinhão husk was immobilized in the agarose hydrogel, which was called composite. The experiments were carried out with variation of the proportion of biochar in the composite, different initial concentrations of Cr(III) and (VI), variation of pH and contact time. The best results at pH=7 were obtained using the composite with the lowest proportion of biochar (CP2), in shorter sorption times (3h) for lower Cr concentrations (7 g L-1 ), and the results were 83% and 40% of sorption for Cr(III) and (VI), respectively. In the case of the highest concentration of Cr (40 to 70 g L-1 ) a longer sorption time (24 h) was necessary, in order to obtain the best sorption percentages. The FTIR spectra obtained after sorption with Cr showed that changes occurred, as appearance of bands in the region of 668 to 966 cm-1 , attributed to asymmetric vibrations of Cr-O-Cr. After the construction of the Factorial Design 23 , the best assay conditions were set (CP2, lowest Cr concentration and shortest sorption time) to evaluate the pH variation. The highest sorption percentages were obtained at pH=3, and the results were 86 % for Cr(III) and 61% for Cr(VI). The desorption was carried out with 1 mol L-1 HNO3 to remove the Cr from the material. Two desorption steps were needed to extract the Cr(VI) in the material, while for Cr(III) only one desorption step was sufficient. The results obtained in the chromium sorption and desorption processes indicate that the major interaction mechanism is through the formation of Cr complexes with the functional groups present on the surface of the materials. The material developed can be used in the DGT device as an alternative ligand phase in the chemical speciation of chromium.
Keywords: biocarvão
cromo
hidrogel
especiação química
biochar
hydrogel
chromium
chemical speciation.
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada
Citation: BITOBROVEC. A.Compósito de hidrogel e biochar de casca de pinhão: preparo, caracterização e avaliação do potencial uso como fase ligante em dispositivos de difusão em filmes finos por gradiente de concentração (DGT).2022. Dissertação (Mestrado em Química Aplicada) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3829
Issue Date: 5-Oct-2022
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