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O Violeta Cristal é um corante sintético muito usado na indústria têxtil. Os efluentes industriais contendo este tipo de composto, podem causar importantes problemas ambientais e de saúde. Neste contexto, o presente trabalho buscou as melhores condições operacionais para remoção do corante Violeta Cristal (VC) utilizando carvão ativado granular (CAG) como adsorvente. Foram realizados ensaios de adsorção avaliando a influência do pH, tempo de contato, concentração do sólido adsorvente e concentração inicial de corante. O pH foi variado entre 4 e 9, a quantidade de adsorvente foi variada entre 0,5 e 3 g, o tempo de contato foi estudado em diferentes intervalos, entre 5 e 480 min. Para a construção das isotermas, a concentração inicial da solução de VC foi variada entre 100 e 1000 mg.L-1 e os modelos matemáticos utilizados para descrever os dados de equilíbrio foram os de Langmuir e Freundlich. Os resultados indicaram que os melhores resultados de adsorção foram obtidos com pH 6, tempo de contato de 270 minutos e massa de 2 g de CAG. Para determinar o tempo de contato mais apropriado, utilizou-se solução de mesma concentração anterior em pH 6 e 2 g de CAG. Com esses dados, ajustou-os as isotermas de Langmuir e Freundlich. A que melhor descreveu os dados experimentais foi a isoterma de Freundlich com um coeficiente de determinação de 0,9933. Com base na pesquisa realizada pode-se concluir que o processo proposto apresenta viabilidade técnica para aplicação do processo de adsorção na remoção do corante VC de efluentes têxteis, contribuindo para o avanço nos estudos da área já que foi alcançado uma taxa de remoção de aproximadamente o 89% do corante VC nas condições operacionais estabelecidas. Crystal Violet is a synthetic dye widely used in the textile industry. Industrial effluents containing this type of compound can cause significant environmental and health problems. In this context, the present work sought the best operational conditions for the removal of Violet Crystal (VC) dye using granular activated carbon (CAG) as adsorbent. Adsorption tests were performed evaluating the influence of pH, contact time, adsorbent solid concentration and initial concentration of dye. The pH was varied between 4 and 9, the amount of adsorbent was varied between 0,5 and 3 g, the contact time was studied at different intervals, between 5 and 480 min. For the construction of the isotherms, the initial concentration of the VC solution was varied between 100 and 1000 mg.L-1 and the mathematical models used to describe the equilibrium data were those of Langmuir and Freundlich. The results indicated that the best adsorption results were obtained with pH 6, contact time of 270 minutes and mass of 2 g of CAG. To determine the most appropriate contact time, a solution of the same previous concentration at pH 6 and 2 g of CAG was used. With these data, the Langmuir and Freundlich isotherms were adjusted. The best described experimental data was the Freundlich isotherm with a coefficient of determination of 0,9933. Based on the research carried out, it can be concluded that the proposed process presents technical feasibility for the application of the adsorption process in the removal of the VC dye from textile effluents, contributing to the advance in the area studies since a removal rate of approximately 89% of the VC dye under the established operating conditions.

HDL-MgFe is a Hydrotalcite that represent a compound lamellar double hydroxide. It was prepared through the continuous co-preparation method. The solid was characterized by surface area measurements, X-ray diffraction and temperature-programmed desorption of CO2. The adsorbent was used for the adsorption of Reactive Red 120 dye, and the factors affecting the adsorption were discussed, including concentration of adsorbent solid and contact time. The adsorption isotherms data were fitted to the Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Sips and BET models. The most suitable adsorption conditionswere found at a contact time of 60 min and solidconcentrarion of 2g.L -1 . The results for MgFe hydrotalcite showed a high adsorption with percentage about 90% of dye removal. Langmuir and Redlich-Peterson models were the isotherms that best described the removal process.

International audience

O presente trabalho analisou a sorção (absorção e adsorção) de íons metálicos (principalmente Cu, Zn, Ni) e poluentes orgânicos por subprodutos do beneficiamento do carvão (SBC) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esse conjunto de técnicas, denominado flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudado em escala de bancada e piloto como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais. O sólido sorvente utilizado foi devidamente selecionado entre os diversos produtos existentes (rejeitos de jigagem de várias camadas) e caracterizado desde o ponto de vista químico, morfológico, mineralógico, petrográfico e interfacial (sólido/líquido). A sorção foi estudada em função do pH do meio, granulometria, curvas de acumulação e parâmetros cinéticos. O mecanismo de sorção dos íons metálicos foi estudado em detalhe através de isotermas de sorção, microscopia eletrônica de varredura, força atômica e potencial zeta. A complexação interfacial entre as espécies hidrolisadas Me(OH)+ e a superfície negativamente carregada dos silicatos (principalmente caulinita) e vitrinita mostrou ser o principal mecanismo envolvido. A sorção dos íons Cu, Zn e Ni em função do pH e da formação das espécies hidrolisadas ocorre em valores de pH superiores a 5 para Cu e Zn e acima de pH 9 para Ni. Em relação à cinética de sorção, tempos de contato em torno de 7 min foram suficientes para alcançar uma elevada eficiência de remoção de íons metálicos. Isotermas de sorção apresentaram valores de saturação da ordem de 70 mg.g-1 para soluções contendo Cu, Zn e Ni simultaneamente e pH 9,5; 16 mg.g-1 para soluções contendo somente Cr-+3; 650 mg.g-1 para óleos e 46 mg.g-1 para corantes (azul de metileno). Estudos microscópicos permitiram caracterizar a estruturas das diferentes espécies que compõem o sólido e as variações na superfície do SBC antes e após sorção. Foram realizados estudos de otimização do sistema FAD considerando fatores físicoquímicos e operacionais. Foi descoberta uma forma de geração de microbolhas em baixas pressões de saturação (< 3 atm.) pela redução da tensão superficial da água no saturador. A redução da tensão superficial do líquido diminui a fricção no constritor de fluxo permitindo a cavitação a baixas pressões. Essa técnica diminui o consumo energético do processo de saturação, um dos maiores custos operacionais da FAD. A zona de separação da célula de flotação foi modificada introduzindo um segundo difusor de ar tipo “cogumelo”. Esse artifício possibilitou a captura de agregados de partículas que normalmente sedimentam em função do peso ou de unidades bolha-partícula que se rompem. O processo FPS-FAD (piloto) foi aplicado à remoção de íons Cu, Zn, Ni e Cr+3 em soluções sintéticas diluídas e efluentes de galvanoplastia. Valores superiores a 90% foram obtidos com soluções sintéticas. Por outro lado, o nível de remoção observado nos ensaios de sorção em efluentes sintéticos não foi atingido na operação do sistema com efluente industrial. Nesse caso, a presença de metais complexos, óleos e colóides diminuiu a eficiência do processo FPS-FAD. Conclui-se que a alternativa tecnológica estudada demonstrou eficiência no tratamento de efluentes líquidos contendo baixas concentrações de poluentes (melhor, na ausência de complexos e quelatos). A alta área superficial do SBC ICA, capacidade de sorção de poluentes (metais pesados, óleos e corantes), o baixo custo envolvido (basicamente moagem e transporte) sua abundância (6000 t/mês) conferem ao sólido um grande potencial de aplicação e vantagens econômicas. Por último, as modificações no “design” da unidade FAD deverão produzir significativos benefícios operacionais e no custo global do processo pré-avaliado em 0,69 US$/m3 para uma unidade com geração diária de 100 m3 de efluente. The present work studied the removal of heavy metal ions (mainly Cu, Zn and Ni) organic compounds by sorption (absorption and adsorption) onto a coal beneficiation tailing from the coal industry of Rio Grande do Sul and its separation by dissolved air flotation (DAF). This technique, named adsorptive particulate flotation (APF), was studied in laboratorial and pilot scale as an alternative for pollutants removal and separation from synthetic solutions and industrial wastewaters. The sorbent material used in this work was selected from different byproducts (jigging refuses) and its morphological, mineralogical, chemical, physical and interfacial (solid/liquid) characteristics were studied in detail. Sorption studies were carried out as function of pH, particle size, isotherm curves and kinetics. Mechanisms involved in sorption were investigated through sorption isotherms, zeta potential, scanning electron and atomic force microscopy. The most important sorption mechanism is considered to be the interfacial complexation between the hydrolyzed species Me(OH)+ and the negatively charged silicates and vitrinite surfaces. The sorption of Cu, Zn and Ni as a function of pH and hydrolyzed species formation was found to occur at pH values higher than 5 for Cu and Zn, while Ni sorption was found to occur at pH values higher than 9. Concerning kinetics, residence time of 7 min allowed the process to achieve high ions removal efficiency. Sorption isotherms showed saturation values of the order of 70 mg.g-1for heavy metal ions (Cu, Zn and Ni at pH=9.5), 16 mg.g-1 Cr-3, 650 mg.g-1 for oils and 46 mg.g-1 for dyes (methylene blue). Microscopic techniques were used to study the different SBC ICA compounds mineralogical structures and the surface variations before and after sorption. The dissolved air flotation process was improved considering physical, chemical and operational parameters. The bubble generation system was optimized using an innovative procedure of decreasing the liquid interfacial tension in the saturation vessel. This technique allows the DAF system to operate with low saturation pressures (

O trabalho desenvolvido analisou a sorção de íons Cu++, Zn++ e Ni++ por um rejeito do beneficiamento do carvão (rejeito piritoso) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esta técnica, denominada flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudada como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais, em nível de laboratório. A flotação de partículas sorventes envolve a remoção dos íons metálicos na forma sorvida em um sólido, que apresenta boas características sorventes (absorventes e adsorventes) e de flotação. As vantagens desta nova técnica são o baixo custo do material sorvente (basicamente manuseio e transporte) e a utilização do processo de separação com microbolhas, FAD, altamente consagrado. A alternativa em estudo visa à remoção de íons de metais pesados comumente encontrados em efluentes de galvanoplastias, em uma etapa de “polimento” anterior ao despejo final destes. Utilizando a técnica de projeto de experimentos (fatorial 23 (cubo), pontos externos (estrela) e quatro pontos centrais), foram estudados os parâmetros de processo pH, concentração de sólido sorvente e tempo de sorção. O ajuste ótimo para estes parâmetros foi identificado com o uso da função de perda quadrática multivariada. A eficiência do processo de remoção dos íons Cu++, Zn++ e Ni++ (2 mg/L cada) foi maior em pH 10,2, 500 mg/L de sólido sorvente e tempo de reação de 7 min e a separação do sistema particulado sorvente por FAD alcançou índices de remoção entre 90 e 100%. Os resultados obtidos permitiram diminuir os níveis iniciais dos íons dissolvidos em solução, normalmente a concentrações abaixo dos padrões de emissão controlados pela Fundação de Proteção Ambiental do Rio Grande do Sul (FEPAM). Foram estudados os parâmetros químicos (concentração de reagentes coletor e floculante) e operacionais (taxa de reciclo e pressão de saturação) da FAD, assim como o efeito dos íons cianeto como solutos interferentes no sistema e a recirculação do sorvente. Pressões de saturação acima de 3,5 atm e taxas de reciclo de 20% possibilitaram a remoção praticamente completa (>99%) dos íons metálicos, mostrando que a técnica de flotação de partículas sorventes atua de forma plenamente satisfatória como processo de polimento final de efluentes contendo metais pesados dissolvidos. The removal of Cu, Zn and Ni ions from diluted solutions and industrial wastewaters, by the adsorptive particulate flotation process (APF), was studied at laboratory scale. This technique involves two stages: the sorption of ions onto a suitable sorbent material and flotation for the solid/liquid separation. The sorbent used in this work corresponded to a coal beneficiation tailing material (pyritic tailing) from coal industry of Rio Grande do Sul and the flotation process applied was dissolved air flotation (DAF). The advantages of the technique APF are the low cost of the sorbent (basically handling and transport) and the employment of DAF, method of separating particles with micro-bubbles that has been recognized since the early 1900s. The objective of this study was the removal of heavy metal ions commonly encountered in liquid effluents as a polishment stage treatment. The process efficiency was evaluated in terms of residual turbidity, separation rate and final ions concentrations after solution treatment. Using the technique of experimental design (23 factorial (cube), external points (star) and central points) , several process parameters such as pH, pyritic tailing concentration and reaction time were studied. The optimum set for these process parameters was identified using a multivariate loss function. The results showed that the best performance (maximum ions removal) was achieved when solution pH is greater that 10, with sorbent concentration of about 500 mg/L and a reaction time of 7 min. The study of process and operating parameters showed that the removal of heavy metals ions using 20 % of recycle ratio and saturator pressures above 3,5 atm was almost complete (> 99%). Finally, interference by cyanide ions in the metal sorption by the sorbent and the pyritic tailing recycle were studied in detail.

O presente trabalho estudou a aplicação da estatística Bayesiana, pelo Método de Monte Carlo via Cadeia de Markov (MCMC) por meio do algoritmo de Metropolis-Hastings (MH), na estimativa dos parâmetros dos fenômenos de adsorção (cinética, isoterma e curva de ruptura) de fármacos, em dados obtidos a partir da literatura, e experimentalmente da adsorção de cafeína (CAF) em carvão ativado granular (CAG). O sólido adsorvente utilizado foi caracterizado por diferentes técnicas (BET, BJH, DRX, FTIR e pHPCZ) e avaliou-se a influência do pH (2-10), da concentração de sólido (5-20 g/L) e do tempo de contato (5-300 min) na remoção de cafeína. Estudos de cinética e de isotermas de adsorção em cinco temperaturas diferentes (15, 25, 30, 40 e 50ºC) foram realizados. Para a modelagem dos fenômenos de adsorção gerou-se um código computacional no software Matlab®, deixando e não deixando livre a capacidade máxima de adsorção para a estimação, parâmetro presente nos três fenômenos estudados. Para a cinética de adsorção, foram aplicados os modelos de pseudoprimeira e pseudo-segunda ordem e Elovich. Para o equilíbrio de adsorção, foram avaliadas as isotermas de Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Sips. Ainda, para os estudos de curvas de ruptura foram considerados os modelos de Thomas, Yoon-Nelson, Yan, Clark, Gompertz e Log-Gompertz. Ademais, para a seleção dos modelos foram consideradas cinco métricas estatísticas, sendo elas, o coeficiente de determinação (R2), coeficiente de determinação ajustado (R2ajstd), critério de Akaike (AIC), Akaike corrigido (AICC) e o critério de informação Bayesiana (BIC). Como resultados, as melhores condições de adsorção encontradas para remoção de cafeína foram: pH=6,0, CCAG=10 g/L e t=160 min. Nessas condições, índices de remoção acima de 96% foram obtidos a 25ºC e uma concentração residual do poluente de 0,381 mg/L. No que se refere à cinética, resultou no modelo de pseudo-primeira ordem, para a temperatura de 50ºC, e, para as demais, foi o modelo de Elovich. Em relação às isotermas, não estimando a capacidade máxima, o modelo que teve o melhor ajuste foi o de Redlich-Peterson para todas as temperaturas. Por fim, a partir da análise realizada dos dados extraídos da literatura pode-se concluir que na maioria dos casos houve uma sub ou superestimação do parâmetro da capacidade máxima de adsorção, o que pode afetar diretamente na seleção do modelo. Além disso, observou-se que o uso de apenas uma métrica estatística, geralmente o R2, muitas vezes não é o suficiente para selecionar o modelo que mais está de acordo com o fenômeno de adsorção envolvido no processo. Os resultados do presente estudo possibilitaram afirmar que os processos de adsorção são alternativas viáveis para a remoção de poluentes emergentes como a cafeína e que o método MCMC pelo algoritmo de MH é uma ferramenta confiável para a resolução dos problemas de adsorção. A aplicação dessas técnicas permite que os parâmetros experimentais possuam maior segurança na sua determinação com fins de aplicação industrial. The present work studied the application of Bayesian statistics, by Monte Carlo Markov Chain method (MCMC) through the Metropolis-Hastings (MH) algorithm, in the estimation of the parameters of adsorption phenomena (kinetic, isotherm and breakthrough curve) of pharmaceuticals, based on data obtained from the literature, and experimentally on the adsorption of caffeine (CAF) on granular activated carbon (GAC). The adsorbent solid used was characterized by different techniques (BET, BJH, DRX, FTIR and pHPCZ) and the influence of pH (2-10), solid concentration (5-20 g/L) and time of contact (5-300 min) in removing caffeine was evaluated. Kinetic and adsorption isotherms were studied at five different temperatures (288, 298, 303, 313 and 323K) were carried out. For the modeling of the adsorption phenomena, a computational code was generated in the Matlab® software, leaving and not leaving free the maximum adsorption capacity for the estimation, a parameter present in the three studied phenomena. For the adsorption kinetics, the pseudo-first and pseudo-second order and Elovich models were applied. For the adsorption equilibrium, the Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson and Sips isotherms were evaluated. Still, for the studies of rupture curves, the Thomas, Yoon-Nelson, Yan, Clark, Gompertz and Log-Gompertz models were considered. Furthermore, for the selection of models, five statistical metrics were considered, namely, the coefficient of determination (R2), adjusted coefficient of determination (R2ajtd), Akaike's criterion (AIC), Akaike's corrected (AICC) and the Bayesian information criterion (BIC). As a result, the best adsorption conditions found for caffeine removal were: pH=6.0, CGAC=10 g/L and t=160 min. Under these conditions, removal rates above 96% were obtained at 298K and a residual pollutant concentration of 0.381 mg/L. With regard to kinetics, it resulted in the pseudo-first order model, for a temperature of 323K, and, for the others, it was the Elovich model. Regarding the isotherms, not estimating the maximum capacity, the model that had the best fit was the Redlich-Peterson model for all temperatures. Finally, based on the analysis of data extracted from the literature, it can be concluded that in most cases there was an under or overestimation of the maximum adsorption capacity parameter, which can directly affect the model selection. Furthermore, it was observed that the use of only one statistical metric, usually R2, is often not enough to select the model that is most in agreement with the adsorption phenomenon involved in the process. The results of the present study made it possible to affirm that the adsorption processes are viable alternatives for the removal of emerging pollutants such as caffeine and that the MCMC method using the MH algorithm is a reliable tool for solving adsorption problems. The application of these techniques allows the experimental parameters to have greater security in their determination for industrial application purposes.

A dolomita - ou carbonato de Ca e Mg - é uma rocha sedimentar/metamórfica considerada como uma alternativa para ser utilizada como sólido adsorvente no tratamento de efluentes líquidos. Sua cristalinidade e natureza alcalina a tornam um material promissor para a retenção de diferentes poluentes ácidos, como os ânions (fosfato, nitrato e outros). Porém, sua baixa área de superfície específica e tamanho de poro consistem em fatores limitantes para sua aplicação no processo de adsorção. A fim de melhorar as propriedades da dolomita para adsorção, o presente estudo teve como objetivo a aplicação de métodos químicos e físicos para melhoria das propriedades do sólido para seu uso no processo de remoção de fosfato de soluções aquosas. O fosfato foi selecionado como poluente de estudo devido à sua natureza ácida e por ser uma fonte conhecida de eutrofização dos corpos de água quando presente em excesso. No presente estudo, os métodos utilizados para a modificação da dolomita, foram a calcinação e ultrassom. Além foi realizada uma síntese de um hidróxido duplo lamelar ou hidrotalcita (HDL). Os sólidos foram caracterizados aplicando técnicas como adsorção/dessorção de N2, tamanho dos poros (BET/BJH), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Foram estudados como parâmetros de adsorção o pH, dosagem dos sólidos adsorventes e tempo de contato, a fim de avaliar a capacidade de adsorção de fosfato em cada tipo de sólido produzido. Ainda, a cinética e a termodinâmica do processo foram avaliadas. Os resultados da caracterização mostraram que todos os métodos melhoraram as propriedades físico-químicas da dolomita de acordo com a seguinte ordem: HDL> ultrassom> calcinada> dolomita natural- com fatores de aumento da área superficial de 34.2; 3.3; 2.7 vezes maior, respectivamente, em relação à dolomita natural. Os resultados de adsorção mostraram 70 e 90 % de remoção de fosfato usando dolomita natural e calcinada, respectivamente, nas condições experimentais de pH 11, 60 min e 30 g L-1 dos sólidos. Os melhores parâmetros operacionais para dolomita tratada com ultrassom foram pH 9, massa de 18 g L-1 e 55 min de tempo de contato, com remoção de fosfato em aproximadamente 90 %. Finalmente, a HDL obtida da dolomita permitiu remoção de fosfato acima de 94 % em pH natural, 50 min e 2 L-1g de sólido. Os resultados mostraram que a dolomita natural apresentou levemente um aumento da área superficial induzida pelo efeito de calcinação e cavitação causada pelo tratamento térmico e pelo ultrassom, respetivamente. No entanto, a obtenção da HDL partir da dolomita apresentou propriedades físico-químicas significativamente melhoradas o que resultou em maior capacidade de adsorção, tornando o material mais promissor para uso na imobilização de fosfato. O estudo da cinética de adsorção de fosfato seguiu o modelo de pseudosegunda-ordem para a dolomita natural, calcinada e a hidrotalcita. Para a dolomita modificada com ultrassom, o modelo de pseudo-primeira ordem foi o que apresentou melhor ajuste. No estudo das isotermas, o modelo de Redlich-Peterson apresentou os melhores ajustes aos dados experimentais para todos os sólidos estudados, ainda a isoterma de Langmuir apresentou um bom ajuste junto com o modelo de Redlich-Peterson para a dolomita calcinada. Os parâmetros termodinâmicos sugeriram um processo espontâneo, endotérmico e favorável. Dolomite - or Ca and Mg carbonate - is a sedimentary/metamorphic rock considered as an alternative to be used as an adsorbent solid in the treatment of liquid effluents. Its crystallinity and alkaline nature make it a promising material for the retention of different acid pollutants, such as anions (phosphate, nitrate, and others). However, its low specific surface area and pore size are limiting factors for its application in the adsorption process. In order to improve the properties of dolomite for adsorption, the present study aimed to apply chemical and physical methods to improve the properties of the solid for its use in the process of phosphate removal in aqueous solutions. Phosphate was selected as the study pollutant because of its acidic nature and because it is considered a known source of eutrophication of water bodies when present in excess. In the present study, the methods used for the modification of dolomite were calcination, ultrasound and the synthesis of a lamellar double hydroxide or hydrotalcite (HDL). The solids were characterized by applying techniques such as N2 adsorption/desorption, pore size (BET/BJH), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The adsorption parameters pH, dosage of adsorbent solids and contact time were studied as adsorption parameters in order to evaluate the phosphate adsorption capacity of each type of solid produced. Also, the kinetics and thermodynamics of the process were evaluated. The characterization results showed that all methods improved the physicochemical properties of dolomite according to the following order: HDL> ultrasonic> calcined> natural dolomite- with surface area increase factors of 34.2; 3.3; 2.7 times higher, respectively, compared with natural dolomite. The adsorption results showed 70 and 90 % phosphate removal using natural and calcined dolomite, respectively, under the experimental conditions of pH 11, 60 min and 30 g L-1 of the solids. The best operating parameters for ultrasound treated dolomite were pH 9, mass 18 g L-1, and 55 min contact time, with phosphate removal of about 90 %. Finally, the HDL obtained from dolomite allowed phosphate removal above 94 % at natural pH, 50 min and 2 g L-1 of solid. The results showed that the natural dolomite showed a slight increase in surface area induced by the effect of calcination and cavitation caused by heat treatment and ultrasound, respectively. However, obtaining HDL from dolomite showed significantly improved physicochemical properties which resulted in higher adsorption capacity, making the material more promising for use in phosphate immobilization. The study of phosphate adsorption kinetics followed the pseudo-second order model for natural, calcined and hydrotalcite dolomite. For the dolomite modified with ultrasound, the pseudo-firstorder model was the one that presented the best fit. In the study of isotherms, the Redlich-Peterson model showed the best fits to the experimental data for all solids studied, yet the Langmuir isotherm showed a good fit along with the Redlich-Peterson model for calcined dolomite. The thermodynamic parameters suggested a spontaneous, endothermic and favorable process.

Fármacos descartados de maneira incorreta trazem uma série de riscos ao meio ambiente e à saúde humana. Os antibióticos, em especial, podem acarretar efeitos complexos nas matrizes ambientais, como a resistência bacteriana. Neste contexto, o presente trabalho estuda a degradação e mineralização do antibiótico β-lactâmico ampicilina (AMP), através de um tratamento combinado de adsorção em carvão ativado (CA) e reação de Fenton. Na adsorção estudou-se a influência do tempo (10 – 210 min) e da massa de CA (5 – 50 g L-1) e foi realizada a investigação da cinética de adsorção. Por sua vez, na reação de Fenton e no processo combinado, avaliouse a influência das concentrações de H2O2 e Fe+2, sendo utilizadas cinco combinações de H2O2/Fe+2: 300/60 µM, 300/80 µM, 400/70 µM, 500/60 µM e 500/80 µM. Por fim, como consequência do processo combinado, a regeneração do CA foi avaliada e três ciclos de regeneração foram realizados. O equilíbrio de adsorção foi atingido com o de tempo de contato de 150 minutos e a concentração de CA mais adequada foi de 20 g L-1, sendo obtidos os valores de remoção de 57% e de quantidade adsorvida de 0,58 mg g-1. O modelo de pseudo primeira ordem (PPO) foi o que melhor representou a cinética de adsorção da AMP. Na reação de Fenton, em todas as concentrações dos reagentes H2O2 e Fe+2, a degradação de AMP foi completa em até 1 minuto de reação, sugerindo que a taxa de geração de radicais hidroxila foi mais rápida nos primeiros minutos de reação. Ainda, no processo combinado, a degradação teve comportamento semelhante, sendo obtida a maior mineralização, de cerca de 83%, utilizando H2O2/Fe+2 = 500/80 µM. Assim sendo, o efeito das concentrações de H2O2 e Fe+2 foi positivo, uma vez que a mineralização foi maior quanto maior a concentração desses reagentes. A maior eficiência de regeneração, de cerca de 85%, foi atingida também com a combinação de reagentes Fenton nas quantidades de H2O2/Fe+2 = 500/80 µM. Foram realizados três ciclos de regeneração, nos quais as eficiências atingiram cerca de 84%, 71% e 49%, respectivamente. Dessa maneira, os resultados demonstraram que o processo combinado de adsorção em carvão ativado e reação de Fenton é eficiente na mineralização da ampicilina. Ainda, a possibilidade de regeneração do sólido sorvente utilizando o processo combinado pode ser uma vantagem técnica e econômica. Inappropriate drug disposal brings several risks to the environment and human health. Antibiotics, mainly, can cause complex effects on environmental matrices, such as bacterial resistance. In this context, the present work studies the degradation and mineralization of β-lactam antibiotic ampicillin (AMP) through a combined treatment by adsorption on activated carbon (AC) and Fenton reaction. In adsorption experiments, influence of time (10 - 210 min) and AC mass (5 - 50 g L-1) was studied along with the adsorption kinetics was investigated. Sequentially, in Fenton reaction and combined process the influence of H2O2 and Fe+2 concentration was evaluated employing five combinations of H2O2/Fe+2: 300/60 µM, 300/80 µM, 400/70 µM, 500/60 µM and 500/80 µM. Finally, as result of combined process, the AC regeneration was evaluated, thus three regeneration cycles were performed. The adsorption equilibrium was reached after 150 minutes of contact time and the most appropriate CA concentration was 20 g L-1, with removal values of 57% and adsorbed amount of 0.47 mg g-1. PPO model best represented kinetics adsorption of AMP. In the Fenton reaction, for all H2O2 and Fe+2 concentrations, the degradation of AMP was complete in no more than 1 minute of reaction, which suggests the generation rate of hydroxyl radicals was faster in the first minutes of reaction. Likewise, degradation had a similar behavior in combined process and the largest mineralization, about 83%, was obtained with H2O2/Fe+2 = 500/80 µM. Therefore, the effect of H2O2 and Fe+2 concentration was positive as how the mineralization was greater the higher those concentrations. The highest regeneration efficiency, around 85%, was also achieved with the combination of Fenton reagents in the amounts of H2O2/Fe+2 = 500/80 µM. Three regeneration cycles were accomplished, in which the regeneration efficiencies reached about 84%, 71% and 49%, respectively. This way, the results demonstrated that combined process of adsorption and Fenton is efficient for mineralization of ampicillin. Also, the possibility of regenerating the sorbent solid with the combined process can be a technical and economic advantage.

No presente trabalho, foram preparados por coprecipitação contínua sólidos derivados de hidróxidos duplos lamelares (HDL). A eficiência destes sólidos foi avaliada em duas diferentes aplicações: como adsorventes e como catalisadores. Foi estudada a adsorção de contaminantes emergentes visando à remoção de diclofenaco sódico e ácido acetilsalicílico utilizando os sólidos como adsorventes. Os sólidos também foram avaliados como catalisadores na reação de reforma a seco do metano para a produção de hidrogênio. O primeiro estudo avaliou a aplicação de óxidos de Mg-Al, Zn-Al e Ni-Al como adsorventes para a remoção de diclofenaco sódico a partir de uma solução aquosa sintética em processo batelada. Os parâmetros avaliados foram concentração adsorvente, tempo de contato e eficiência de regeneração do adsorvente via tratamento térmico. Os resultados mostraram elevadas remoções de diclofenaco obtidas nas condições de 2 g L-1 e 60 min sendo C-Zn (3,983 mg g-1), C-Mg (3,529 mg g-1) e C-Ni (2,157 mg g-1). Por meio das técnicas de caracterização foi possível observar a regeneração térmica para o C-Zn e CMg, os quais foram reutilizados por 8 e 4 ciclos, respectivamente. No segundo estudo, foi avaliado ZnAl para a remoção de ácido acetilsalicílico. Foram realizados experimentos em batelada para determinar a concentração de adsorvente, cinética, isotermas de adsorção e termodinâmica, bem com a capacidade de regeneração de ZnAl. Uma remoção de 90% (6,0471 mg g-1) foi obtida nas condições de 3 g L-1 e 45 min. A cinética de adsorção ocorre por dois processos: a adsorção na superfície externa e o fenômeno de reconstrução da estrutura de HDL pelo “efeito memória”. A determinação experimental de isotermas mostrou que o modelo de Sips descreve adequadamente o comportamento das isotermas para esse processo. No que se refere à regeneração do sólido, o tratamento térmico propiciou a regeneração do sólido ZnAl, permitindo sua reutilização em até 6 ciclos. O terceiro estudo investigou catalisadores de Ni-Al para controlar a deposição de carbono na reforma seca do biogás sintético (60% CH4 e 40% CO2). Os catalisadores foram avaliados quanto à etapa de lavagem na preparação e a influência da etapa de redução. As amostras lavadas, reduzidas e não reduzidas mostraram uma alta formação de carbono, enquanto que nenhuma formação de carbono foi observada nas amostras não lavadas na faixa de temperatura de 500 – 750 °C. A amostra não lavada e não reduzida foi a única que manteve a atividade durante os 300 min de reação a 700 °C com conversão de CH4 de 40% e de CO2 de 75%. Além disso, apresentou baixa deposição de coque (< 85 mgC gcat-1) e nenhuma evidência de sinterização. O quarto estudo avaliou catalisadores de Ni-M-Al (M = K, Na e Li) para a reforma a seco de biogás. O catalisador NiLi mostrou a maior resistência à sinterização durante as reações devido à maior temperatura de redução de óxidos mistos (Ni2AlO4 e NiAl2O4), o que resulta em menor tamanho de cristalito de Ni° após a redução. Os resultados a 700 °C mostraram que a desativação do catalisador de NiLi ocorre por deposição de carbono, enquanto para NiK e NiNa ocorre principalmente por sinterização. Todos os catalisadores produziram nanotubos de carbono a 700 °C. No quinto estudo, foram preparados por reconstrução catalisadores Ni-Al contendo Mg ou Zn e avaliados na reforma a seco do Biogás. As amostras filtradas apresentaram reconstrução da estrutura do HDL e exibiram alta basicidade, o que diminui a formação de carbono durante as reações. Dentre os catalisadores avaliados, a reconstrução com Zn e posterior lavagem (Zn-W) levou aos melhores resultados em termos de conversão de CH4, razão H2/CO e resistência à sinterização, o que é atribuído à formação da liga Ni-Zn e propriedades redutoras adequadas para a faixa entre 600 e 700 °C. In the present work, solids derived of layered double hydroxides (LDH) were prepared by continuous coprecipitation. The efficiency of these solids was evaluated in two different applications: as adsorbents and as catalysts. The adsorption of emerging contaminants was studied aiming to remove sodium diclofenac and acetylsalicylic acid using the solid as an adsorbent. The solids were also evaluated as catalysts in the dry reforming of methane to produce hydrogen. The first study evaluated the application of Mg-Al, Zn-Al, and Ni-Al oxides as adsorbents for the removal of sodium diclofenac from a synthetic aqueous solution in a batch process. The evaluated parameters were the adsorbent concentration, contact time, and efficiency of adsorbent regeneration via thermal treatment. The results showed high removal of diclofenac under the conditions of 2 g L-1 and 60 min being for CZn (3.983 mg g-1), C-Mg (3.529 mg g-1), and C-Ni (2.157 mg g-1). Through the characterization it was possible to observe the thermal regeneration for C-Zn and C-Mg, which were reused for 8 and 4 cycles, respectively. In the second, evaluated the use of calcined ZnAl to acetylsalicylic acid removal. Batch experiments were carried out to determine the adsorbent concentration, kinetic, isothermal, and thermodynamic study, as well as the ZnAl regeneration capacity. A 90% (6.0471 mg g-1) removal was obtained under the conditions of 3 g L-1 and 45 min. The adsorption kinetics occurs by two processes: the adsorption on the external surface and the phenomenon of reconstruction of the LDH structure by "memory effect". The Sips model adequately describes the behavior of isotherms for this process. The thermal treatment provided the regeneration of the ZnAl solid, allowing its reuse in up to 6 cycles. The third study investigated Ni-Al catalysts to control carbon deposition in the dry reforming of synthetic biogas (60% CH4 and 40% CO2). The catalysts were evaluated regarding the washing step in the preparation and the influence of the reduction step. The washed, reduced, and unreduced samples showed a high carbon formation, while no carbon formation was observed in the unwashed samples in the temperature range of 500-750 °C. The unwashed and unreduced sample was the only one that maintained the activity during 300 min of reaction at 700 °C with CH4 conversion of 40% and CO2 of 75%. Also, low coke deposition (

Os efluentes gerados pelas indústrias consistem em crescente preocupação de empresas e órgãos ambientais. A busca por técnicas de tratamento eficientes e sustentáveis é constante e o uso de adsorventes alternativos para remoção de contaminantes tem merecido destaque nesta área. O Rio Grande do Sul é um dos maiores produtores agrícolas do Brasil, além de ter uma matriz industrial forte e diversificada. Neste contexto, o presente estudo buscou investigar a possibilidade de uso de resíduos agroindustriais gerados no Estado como adsorvente alternativo na remoção de metais presentes nos efluentes gerados pelas indústrias locais. Foram coletadas informações de geração de resíduos agroindustriais e de efluentes industriais existentes nas bases de dados da FEPAM entre os anos 2014 e 2017. Os dados foram analisados através de softwares Excel e Grass Gis. Os resultados encontrados mostraram que os resíduos de arroz são os mais gerados pelas agroindústrias do Estado, com uma média de 900 mil toneladas anuais, em grandes unidades localizadas principalmente na região Sul do Estado. Resíduos de grãos e de uva também têm geração média anual de 75 mil e 50 mil toneladas, respectivamente, os primeiros em unidades localizadas em quase todo o Estado, enquanto os últimos concentrados na região nordeste. Foram obtidas as concentrações médias de cobre, cromo, níquel, zinco, chumbo, manganês e cádmio nos efluentes gerados no Estado, que representam uma carga poluidora bruta total de 764 toneladas anuais. Cr e Zn são os poluentes mais presentes nos efluentes industriais, com uma geração anual média de respectivamente 266.613,2 kg.ano-1 e 258.464,0 kg.ano-1 entre os anos de 2014 e 2016, e os ramos de atividade ligados a metalurgia e curtimento são os maiores geradores de efluentes com estes metais. Os dados de lançamento de efluentes nos corpos hídricos revelaram que Zn, Mn e Cr são os poluentes metálicos mais despejados no meio aquático, com uma carga poluidora de 4534,6 kg.ano-1, 1886,5 kg.ano-1 e 1747,4 kg.ano-1, respectivamente. Os resultados deste estudo indicaram uma grande remoção dos contaminantes nos efluentes industriais, mas ainda mostram uma quantidade expressiva de metais sendo despejada em rios e lagos. O mapeamento dos pontos de lançamento mostrou que a maior parte das indústrias se localiza na região metropolitana de Porto Alegre e na Serra Gaúcha. Utilizando dados de capacidade de adsorção da literatura, estimou-se que a quantidade de resíduos agroindustriais gerados no Rio Grande do Sul é suficiente para atender a demanda por material adsorvente. Ainda, os resultados indicam que os resíduos de uva são gerados na proximidade de locais de lançamento de efluentes metálicos da Serra Gaúcha, sendo uma fonte interessante de material adsorvente para a indústria local. Já os resíduos de cereais, como milho, trigo e soja, por serem distribuídos em todo o Estado, podem atender a demanda de unidades industriais do interior do Rio Grande do Sul. Com base nos resultados obtidos, pode-se direcionar os próximos estudos para avaliar a eficiência dos resíduos existentes localmente no tratamento das águas residuárias das indústrias gaúchas.

A identificação de poluentes emergentes do meio ambiente nos recursos hídricos e a incerteza de seus impactos, incentivou a busca por técnicas de tratamento de efluentes capazes de remover efetivamente essa classe de poluentes da água. Entre os poluentes emergentes, inclui-se a cafeína, produto de alto consumo mundial que pode ser encontrado em bebidas, alimentos e composições farmacêuticas. Entre várias técnicas existentes, a adsorção em carvão ativado apresenta potencial para remoção dessa classe de poluentes. O processo apresenta como uma vantagem, a possibilidade de reaproveitamento do sorvente através de sua regeneração. No entanto, à medida que o sólido é submetido a sucessivos ciclos de adsorção-regeneração, há uma redução gradual da capacidade adsortiva do carvão ativado. Assim, o presente estudo tem como objetivo avaliar a habilidade do carvão ativado em absorver cafeína múltiplas vezes, a fim de verificar a capacidade de reuso do mesmo. Acetato de etila, etanol, ácido clorídrico e hidróxido de amônio foram utilizados como promotores da dessorção da cafeína do sólido saturado. Foram avaliadas as condições ideais para a remoção de cafeína na faixa de pH de 2,00 a 10,00, concentração de sólido sorvente de 0 a 25 gL-1 e tempo de contato de 10 a 120 min, a eficiência de dessorção dos solventes avaliados e a habilidade do carvão ativado em realizar ciclos de adsorção-regeneração. Avaliou-se o uso de um solvente fresco a cada ciclo de regeneração e, para tornar o processo mais econômico e ecológico, a mesma solução de solvente. Os resultados mostraram que a maior remoção de cafeína foi observada em pH natural, aproximadamente 7, tempo de residência de 50 min e concentração de adsorvente de 10 g.L-1. Os solventes que continham acetato de etila na composição apresentaram melhores resultados. Para sete adsorções seguidas, utilizando sempre um solvente fresco obteve-se uma eficiência de regeneração de 95% e 68% quando o mesmo volume de solvente é utilizado. Assim, conclui-se que o processo de adsorção com carvão ativado granular comercial é eficaz na remoção de cafeína de soluções aquosas, podendo tratar um grande volume de solução com o mesmo sólido quando regenerado por um solvente com acetato de etila na composição, trocando o montante de solvente após alguns ciclos. The presence of pharmaceuticals compounds in water resources has encouraged the search for polishing techniques in water treatment. Adsorption with activated carbon is one of the most effective and versatile operations for micropollutants removal; However, during adsorption process, there is a gradually reduction of adsorption efficiency of the activated carbon and an effective regeneration process is required. In this work, ethyl acetate, ethanol, hydrochloric acid and ammonia solution were used to regenerate exhausted activated carbon used for caffeine removal from aqueous solution. The ideals conditions for caffeine removal, the desorption efficiency of regenerant solvents and the ability of the activated carbon to be regenerated in adsorption-regeneration cycles were evaluated. The results showed that the highest removal of caffeine were observed at natural pH, residence time of 50 min and adsorbent concentration 10 g.L-1. The activated carbon were effectively regenerated using a solvent with ethyl acetate in composition. The regenerant solvent could effectively recover the adsorption activity and repeatedly regenerate the activated carbon when a new amount of solvent is used in each regeneration step, after seven adsorption essays, using the same regenerated solid sorvent it was obtained a regeneration efficiency of 95%. This result reduces when the same amount of regenerant solvent were used in all adsorption cycles, it was obtained a regeneration efficiency of 58%, after eleven adsorption.

A contaminação de matrizes aquosas é um problema de crescente preocupação ambiental. Diferentes poluentes, oriundos de atividades antropogênicas distintas, têm sido cada vez mais relacionados a prejuízos à saúde humana e animal, como toxicidade, aumento de DQO e DBO em corpos hídricos e indução à resistência bacteriana. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é estudar a eficiência de degradação e mineralização de compostos de diferentes classes poluentes pelos processos oxidativos avançados de ozonização (O3), ozonização combinada à radiação ultravioleta (O3/UV) e ozonização catalítica heterogênea com alumina (O3/Al2O3). Os poluentes escolhidos foram o corante Acid Green 25 (AG25), o fármaco de ação antibiótica ampicilina (AMP) e o surfactante cloreto de benzalcônio (BZK). Os ensaios de ozonização e combinados à radiação UV foram realizados com a variação do pH (3, 7 e 11) e tempo (0 – 30 minutos), a fim de se estudar as reações predominantes envolvidas nos processos e, no caso da ozonização heterogênea catalisada por alumina, em meio neutro. Testes de fotólise com radiação UV e de adsorção em alumina foram feitos com os três compostos, a fim de se avaliar a influência destes agentes na eficiência de ozonização e possíveis mecanismos. Nos ensaios de ozonização, o AG25 apresentou uma degradação completa em todas as condições em menos de 10 minutos, sendo o processo mais rápido em meio ácido, por reação direta com ozônio molecular. A AMP não mais foi detectada, em toda a faixa de pH, em até 3 minutos, enquanto o BZK apresentou uma lenta e incompleta degradação em meio ácido (80%), mas total na faixa neutra-básica após 3 minutos. A mineralização dos três compostos foi favorecida em pH 11, por ação radicalar, onde foram atingidos os resultados de 43%, 37% e 68% para os compostos AG25, AMP e BZK, respectivamente. A ozonização combinada ao UV (O3/UV) atingiu uma degradação mais eficiente de todos os compostos em tempos menores, se comparada à ozonização. A radiação UV influenciou inclusive na degradação do composto BZK em meio ácido, que chegou a 95%. As mineralizações obtidas para o AG25 e a AMP foram, respectivamente, 50%, e 42%, superiores aos resultados do processo O3, e no caso do BZK, obteve-se 60% de mineralização, sem diferença significativa para o O3. Nos experimentos de fotólise, verificou-se que a AMP foi mais sensível à radiação UV, sendo mineralizada em 16%, enquanto os demais compostos tiveram apenas 4% de redução de carbono orgânico total. Os índices de sinergia calculados para os compostos foram 1,16 (AG25), 0,65 (AMP) e 1,77 (BZK), indicando que somente para a ampicilina os efeitos sinergéticos entre O3 e UV foram negativos. Por fim, nos ensaios de ozonização catalítica heterogênea (O3/Al2O3), obteve-se valores de mineralização superiores aos do O3 em meio neutro, totalizando 38% para o AG25, 46% para a AMP e 34% para o BZK. O único composto que adsorveu em alumina foi o corante, indicando que esta etapa participou do processo de catálise heterogênea na degradação do mesmo. De forma geral, foi verificado que a ozonização e seus processos combinados se mostraram efetivos na degradação e mineralização parcial de contaminantes de diferentes classes. Desta forma, as tecnologias estudadas apresentam grande potencial de aplicação no tratamento avançado de efluentes de naturezas distintas. Water matrices contamination is a problem of growing concern to scientists. Different pollutants coming from distinct anthropogenic activities have been increasingly related to human and animal health impairment, such as toxicity, elevated COD and BOD in water bodies, and bacterial resistance. In this context, the aim of this work is to study degradation and mineralization efficiencies of compounds belonging to different pollutant classes, through the advanced oxidative processes O3, O3/UV and O3/Al2O3. The chosen contaminants were Acid Green 25 dye (AG25), the antibiotic drug ampicillin (AMP) and the surfactant benzalkonium chloride (BZK). O3 and O3/UV tests were performed varying pH (3, 7 and 11) and time (0-30 min), with the aim to investigate which reactions predominate in the processes. Heterogeneous catalytic ozonation experiments were performed in neutral medium. UV photolysis tests and adsorption onto alumina were evaluated with all contaminants, in order to verify the influence of these agents in ozonation and possible mechanisms. After single ozonation tests, AG25 degraded completely (100%) in 10 minutes under all conditions, with faster kinetics in acidic medium, by direct reaction with molecular ozone. AMP was also completely degraded at the entire pH range up to 3 minutes, while BZK presented a slow and incomplete degradation in acidic medium (80%), but 100% effectiveness in the neutralbasic range after 3 minutes. Mineralization was favored in pH 11 (radicalar mechanism) for all three contaminants, reaching the values of 43%, 37% and 68% to AG25, AMP and BZK, respectively. UV-ozone combined method was able to degrade the substances more efficiently than single ozonation. UV radiation also increased BZK degradation in acidic medium, reaching 95%. AG25 and AMP mineralization values were 50% and 42%, respectively, higher than O3 results, and in the case of BZK, 60% mineralization was achieved, with no statistical difference to O3. UV photolysis affected AMP more significantly (16%) than AG25 and BZK (4%, both). The calculated synergy index values were 1.16 (AG25), 0.65 (AMP) and 1.77 (BZK), suggesting that only in the case of AMP the synergetic effects between O3 and UV were negative. Lastly, through heterogeneous catalytic ozonation (O3/Al2O3) experiments, 38% of mineralization was obtained for AG25, followed by 46% for AMP and 34% for BZK. The only compound that adsorbed onto alumina was AG25 dye, indicating this step was part of the heterogeneous catalysis mechanisms. Overall, ozonation and its derived processes showed to be effective in the degradation and partial mineralization of contaminants of different classes. This way, the studied technologies present a great potential for appliance in the advanced treatment of distinct nature wastewater.

A busca pela utilização de fontes alternativas de silício para a síntese de zeólitas apresenta grande potencial na produção de estruturas microporosas com custo mais acessível. Entre as diversas fontes alternativas de silício existentes destaca-se a cinza volante, proveniente da combustão do carvão mineral, a qual é constituída predominantemente por sílica (SiO2). Dentre as diversas gamas das aplicações de zeólitas, destaca-se a sua utilização como catalisadores. Catalisadores bifuncionais de zeólita e metal possuem inúmeras aplicações na indústria química. No entanto, o principal desafio na concepção destes catalisadores consiste na localização de sítios ativos do íon metálico e dos sítios ácidos da estrutura da zeólita. Neste contexto, este estudo objetivou a obtenção da zeólita ZSM-5, utilizando cinzas volantes da Mina Candiota como fonte alternativa de sílica. Para tal, foi desenvolvido um planejamento experimental a fim de avaliar os parâmetros mais adequados no processo de extração da sílica da cinza (tempo, temperatura e concentração de agente mineralizante) para a obtenção da zeólita ZSM-5. A zeólita ZSM-5 sintetizada foi estudada a fim de avaliar os processos de dessilicação e desaluminação, bem como os tratamentos combinados e seus efeitos sobre a estrutura e acidez quando a mesma possui grande tamanho de cristais, utilizando como reação modelo a acilação do anisol. O trabalho também propõe o estudo de uma nova abordagem para a obtenção de catalisadores compostos de níquel-zeólita de forma seletiva em três zeólitas diferentes, ZSM-5 sintetizada com sílica extraída da cinza do carvão, ZSM-5 e BETA comercial (Zeolyst). Para isto, foi estudada a inserção de partículas subnanométricas de metal no interior dos poros das zeólitas a fim de se obter uma estreita proximidade com os sítios ácidos, a partir da extração do metal da superfície externa da zeólita utilizando o ácido poli(4-estireno sulfônico). Os materiais obtidos foram avaliados cataliticamente e em dois tipos de reação de hidrogenação, com tolueno e 1,3,5 – triisopropilbenzeno. A sílica extraída, a zeólita sintetizada e os catalisadores bifuncionais foram caracterizados por DRX, FTIR, XPS, FRX, adsorção e dessorção de nitrogênio a baixas temperaturas, TPR e microscopia eletrônica de varredura e transmissão. Os resultados obtidos por FRX mostram que as cinzas apresentaram teores de SiO2 (63,8%) e Al2O3 (20,0%) em massa, como componentes majoritários. As análises de difração de Raios-X indicaram que a sílica extraída se apresenta em sua forma amorfa e após a síntese da zeólita, apresenta estrutura cristalina característica de zeólitas do tipo MFI e área superficial específica de 460 m² g-1, similar a zeólita comercial (450 m² g-1). Os tratamentos de dessilicação e desaluminação, resultaram em fissuras na estrutura do tipo folha e outros defeitos claramente visíveis na superfície dos cristalitos da zeólita. Pela análise de RMN de 29Si e 27Al e DRX, observou-se apenas pequenas modificações na estrutura da zeólita. Além disso, a acidez total de Brønsted não é significativamente afetada pelos tratamentos. As zeólitas tratadas com maior acidez na superfície externa mostraram maior atividade na acilação de anisol com ácido hexanóico. Nos catalisadores preparados por impregnação, as partículas de metal da superfície externa das zeólitas ZSM-5 e BEA foram seletivamente removidas por extração com moléculas volumosas do polímero ácido poli(4-estireno sulfônico), confirmados por resultados de FRX e XPS. Os catalisadores de zeólita e níquel testados na reação de hidrogenação de tolueno possuem a formação majoritária de metilciclohexeno, produto esperado da reação. Considerando os catalisadores após a extração, estes apresentaram maior seletividade para produtos de hidroalquilação de tolueno, sendo observados, substancialmente nas zeólitas contendo níquel apenas no interior dos microporos de zeólita. A modificação da seletividade foi atribuída à sinergia das reações de hidrogenação e alquilação devido à proximidade dos sítios metálicos e ácidos localizados no interior dos poros zeólitas. The search for the use of alternative sources of silicon for the synthesis of zeolites presents great potential in the production of microporous structures with more accessible cost. Among the various alternative sources of silicon, fly ash comes from the combustion of coal, which consists predominantly of silica (SiO2). Among the various ranges of zeolite applications, it is noteworthy to use them as catalysts. Bifunctional zeolite and metal catalysts have numerous applications in the chemical industry. However, the main challenge in the design of these catalysts is the location of active sites of the metal ion and the acid sites of the zeolite structure. In this context, this study aimed to obtain ZSM-5 zeolite, using fly ash from Candiota Mine as an alternative source of silica. For this, an experimental design was developed in order to evaluate the most adequate parameters in the silica extraction process (time, temperature and concentration of mineralizing agent) to obtain ZSM-5 zeolite. The ZSM-5 synthesized zeolite was studied in order to evaluate the desilation and desalination processes, as well as the combined treatments and their effects on the structure and acidity when the same has a large size of crystals, using as model reaction the acylation of the anisole. The work also proposes the study of a new approach to obtain catalysts composed of nickel-zeolite selectively in three different zeolites, ZSM-5 synthesized with silica extracted from coal ash, ZSM-5 and commercial BETA (Zeolyst). For this, the insertion of subnanometric metal particles inside the pores of the zeolites was studied in order to obtain a close proximity to the acid sites, from the extraction of the metal from the external surface of the zeolite using with poly(4-styrenesulfonic acid). The obtained materials were evaluated catalytically and in two types of hydrogenation reaction, with toluene and 1,3,5-triisopropylbenzene. The extracted silica, the synthesized zeolite and the bifunctional catalysts were characterized by XRD, FTIR, XPS, FRX, adsorption and desorption of nitrogen at low temperatures, TPR and scanning and transmission electron microscopy. The results obtained by FRX show that ashes presented SiO2 (63.8 %) and Al2O3 (20.0 %) by mass, as major components. X-ray diffraction analysis indicated that the silica extracted appears in its amorphous form and after the synthesis of the zeolite, has crystalline structure characteristic of MFI-type zeolites and a specific surface area of 460 m² g-1, similar to commercial zeolite (450 m² g-1). Desilation and desalination treatments resulted in cracks in the leaf-like structure and other defects clearly visible on the surface of the zeolite crystallites. By NMR analysis of 29Si and 27Al and XRD, only minor changes in zeolite structure were observed. In addition, Brønsted's total acidity is not significantly affected by treatments. The zeolites treated with higher acidity on the outer surface showed higher activity in the acylation of anisole with hexanoic acid. In the catalysts prepared by impregnation, the outer surface metal particles of the ZSM-5 and BEA zeolites were selectively removed by extraction with voluminous with poly(4-styrenesulfonic acid) polymer molecules, confirmed by FRX and XPS results. The zeolite and nickel catalysts tested in the hydrogenation reaction of toluene have the major formation of methylcyclohexene, the expected product of the reaction. Considering the catalysts after the extraction, these showed higher selectivity for hydroalkylation products of toluene, being observed, substantially in zeolites containing nickel only inside the zeolite micropores. Modification of the selectivity was attributed to the synergy of the hydrogenation and alkylation reactions due to the proximity of the metallic and acidic sites located inside the zeolite pores.

O presente trabalho estuda a remoção dos fármacos amoxicilina (AMX), diclofenaco sódico (DCF) e paracetamol (PAR) em solução aquosa pelos processos de adsorção em batelada e coluna de leito fixo utilizando o carvão ativado granulado (CAG) como adsorvente. Os experimentos foram realizados para cada fármaco de forma independente. Na adsorção em batelada foram avaliadas as influências do pH (2 – 10), concentração de adsorvente (5 – 20 g L-1) e tempo de contato (5 – 350 min). Foi realizada a investigação da cinética de adsorção e também do equilíbrio de adsorção através de isotermas nas temperaturas de 25, 35 e 45 ºC. A adsorção em leito fixo foi estudada através de planejamentos experimentais, onde foram avaliados os efeitos da concentração inicial do poluente (C0: 20 – 100 mg L-1), massa do leito (W: 0,5 – 1,5 g) e vazão (Q: 3 – 5 mL min-1) sobre o tempo de saturação (tsat) e a quantidade adsorvida (qsat). Os modelos de Thomas, Bohart-Adams e Yan, além de um modelo desenvolvido no software EMSO foram utilizados para análise das curvas de ruptura. O CAG utilizado apresentou área BET de 463 m² g-1 e maior volume de microporos, de 0,20 cm³ g-1. Os experimentos em batelada mostraram que o pH não teve influência significativa sobre a remoção dos três fármacos. O equilíbrio de adsorção da AMX e do DCF foi atingido após 150 min e do PAR após 180 min. O modelo de PSO foi o que melhor representou a cinética de adsorção dos três fármacos. A isoterma de Langmuir descreveu o equilíbrio da AMX a 25 e 35 ºC, e o modelo de Sips a 45 ºC. Já a adsorção do DCF foi representada pela isoterma de Freundlich e o PAR pela de Redlich-Peterson. O estudo termodinâmico indicou que a adsorção dos três fármacos foi espontânea e favorável, além de aumentar com o aumento da temperatura. Na adsorção em leito fixo, foi observado menores valores de tsat com o aumento de C0 e de Q e diminuição de W. Foi verificado que qsat aumentou com o aumento de C0 e diminuição da Q para o planejamento do PAR, onde essa variável foi significativa. Já o aumento de W aumentou qsat no planejamento do PAR e diminuiu nos casos da AMX e DCF. A AMX foi o poluente que apresentou os menores tempos de saturação, seguido do DCF e do PAR, na adsorção em leito fixo. Foi constatado que o modelo de Yan foi o que melhor reproduziu o comportamento das curvas de ruptura para os três fármacos, na comparação com os outros modelos analíticos e com o modelo numérico proposto no software EMSO. De forma geral, foi verificado que os processos de adsorção tanto em batelada quanto em leito fixo apresentam potencial de aplicação como alternativa de tratamento avançado de água e efluentes que contenham fármacos. The present work studies the removal of amoxicillin (AMX), sodium diclofenac (DCF), and paracetamol (PAR) from water by adsorption onto granular activated carbon in batch process and fixed bed column. Batch adsorption experiments were performed to evaluate the influence of pH (2 – 10), adsorbent concentration (5 – 20 g L-1) and contact time (5 – 350 min). Pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models were evaluated in the kinetics investigation. Equilibrium adsorption was investigated using Langmuir, Freundlich, Sips and Redlich-Peterson equations. Fixed bed adsorption was studied through experimental design to evaluate initial contaminant concentration (C0, 20 – 100 mg L-1), amount of adsorbent (W, 0.5 – 1.5 g) and feed flow rate (Q, 3 – 5 mL min-1) effects. The analytical models of Thomas, Bohart-Adams and Yan were selected to investigate the breakthrough curves behavior. In addition, a numerical model was developed and solved using EMSO software. The granular activated carbon (GAC) used had BET surface area of 463 m² g-1 and volume of 0.20 cm³ g-1 of micropores. The pH had no significant effect on the adsorption removal of the three drugs. Adsorption equilibrium of AMX and DCF was reached after 150 min and 180 min for PAR. Pseudo second order model best represented kinetic adsorption of the three compounds. At best conditions in batch process, adsorbent concentration was 12.5 g L-1 for AMX and DCF and 10 g L-1 for PAR. Langmuir isotherm best described AMX adsorption equilibrium at 25 and 35 ºC, and Sips model at 45 ºC. DCF and PAR adsorption followed the Freundlich isotherm and Redlich-Peterson model, respectively. Thermodynamic study indicated that the three drugs adsorption were spontaneous and favorable processes. In addition, adsorption increased at higher temperatures. In fixed bed adsorption experiments, saturation time (tsat) decreased with the increase of initial concentration and flow rate for both drugs. W had positive effect on tsat. The amount adsorbed (qsat) was enhanced at higher C0 and lower Q. qsat was higher at higher Q for AMX and DCF and lower Q for PAR adsorption. Yan model best reproduced breakthrough curves behavior for all drugs among the analytical models and the numerical model developed on EMSO software. Thus, adsorption processes in batch mode and fixed bed column showed to be effective for the removal of drugs of different therapeutic classes from water.

Nos processos de mineração e beneficiamento do carvão existe a produção elevada de rejeitos. Esses materiais são,geralmente, dispostos inadequadamente provocando problemas ambientais como,por exemplo, a drenagem ácida de mina. Uma alternativa para a utilização desses materiais é a aplicação como materiais adsorventes para o tratamento de efluentes líquidos. Dentre os mais importantes poluentes, destacam-se os metais pesados e, dentre eles, o cromo hexavalente devido aos seus efeitos carcinogênicos e mutagênicos. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo utilizar o rejeito do beneficiamento de carvão de Moatize, Moçambique como sólido adsorvente em águas contaminadas. O sólido aqui chamado de R1 com granulometria de 0,7 a 1,5 mm, foi caracterizado segundo sua massa específica, densidade aparente, área superficial (BET), volume de poros e diâmetro de poros (BJH), ponto de carga zero, composição química (FRX) e mineralógica (DRX). Os ensaios foram realizados em coluna de leito fixo a 293K utilizando a variação dos efeitos dos parâmetros de concentração de entrada (3; 6,5 e 10 mg.L-1), taxa de fluxo de alimentação (5, 10 e 15 mL.min-1) e profundidade do leito (7, 16 e 30 mm) nas curvas de ruptura utilizando planejamento experimental. O tempo de ruptura (tr) apresentou aumentou em menores vazões e em maiores concentrações iniciais de cromo hexavalente. O tempo de saturação diminuiu em maiores concentrações de adsorvente. O aumento da vazão ou taxa de fluxo de alimentação apresentou diminuição no tempo de saturação. Foram aplicados os modelos analíticos de Thomas, Yan, Adams-Bohart e Dose-Resposta e BDST para ajustar os dados experimentais das curvas de avanço sob diferentes condições de operação da coluna de leito fixo. A predição da quantidade de poluente em mg adsorvida por grama de sólido, q0, obtido pelo modelo de Thomas foi satisfatória com erros menores de 12%, enquanto para a modelagem da curva de avanço os erros variaram de 12 a 33%. O modelo de Yan apresentou a predição da quantidade de poluente em mg adsorvida por grama de sólido, q0, o valor calculado pelo modelo de Yan foi menos adequado do que para o modelo de Thomas, com erros de 6% a erros máximos de 239%. Para a modelagem da curva de avanço os erros variaram de 19 a 45%. O modelo de Bohart-Adams utilizado para reproduzir o início da curva de ruptura até 15% da concentração inicial. Os parâmetros do modelo utilizado apresenta erros de 10 a 81%. O modelo Dose-Resposta é o que melhor reproduz de modo geral toda a curva para todas as concentrações de entrada de cromo hexavalente com erros médio que variam de 4 a 20%. O valor da concentração de cromo na fase sólida, q0, apresenta erros maiores do que os modelos de Thomas e Yan variando de 28 a 95% de erro médio. Para o modelo BDST (Bed Depth Service Time) os erros referentes ao modelo estão entre 0,64 a 3,48% e o coeficiente de correlação acima de 0,985 mostram que o modelo é adequado aos dados experimentais. O modelo também pode ser aplicado para predizer linhas de iso-concentração para a vazão de 5 ml.min-1 apresentando erros para o modelo entre 14-23%. Assim, tem-se o rejeito de beneficiamento de carvão como potencial sólido adsorvente para ser aplicado em colunas de leito fixo para tratamento de efluentes contendo cromo hexavalente. In coal mining and processing, there is high production of tailings. These materials are generally inappropriately disposed causing environmental problems such as acid mine drainage. An alternative use of these materials is the application as adsorbent materials for liquid effluents. Among the most important pollutants are heavy metals and, among them, hexavalent chromium due to the carcinogenic and mutagenic effects. In this context, the objective of this work is to use the coal tailings from Moatize, Mozambique as a solid adsorbent in contaminated waters. The solid called R1 with a grain size of 0.7 to 1.5 mm was characterized by the specific mass, apparent density, surface area (BET), pore volume and pore diameter (BJH), zero load point, chemical composition (FRX) and mineralogical (XRD). The assays were performed in a fixed bed column at 293 K observing the variation of parameters: input concentration (3, 6.5 and 10 mg.L-1), feed flow rate (5, 10 and 15 mL.min -1) and bed depth (7, 16 and 30 mm) in the breakthrough curves. The rupture time (tr) increased in lower flows and in higher initial concentrations of hexavalent chromium. The saturation time decreased at higher adsorbent concentrations. The increase in flow rate or feed flow rate showed a decrease in saturation time. The analytical models of Thomas, Yan, Adams-Bohart and Dose-Response and BDST were applied to adjust the experimental. The prediction of the amount of pollutant in mg adsorbed per gram (g) of solid, q0, obtained by the Thomas model was satisfactory with errors of 12%. And for adjust the breakthrough curve the errors ranged from 12-33%. The model of Yan presented the prediction of the amount of pollutant in mg adsorbed per gram of solid, q0, was less adequate than for the Thomas model with errors of 6% to maximum errors of 239%. And for the breakthrough curve the errors ranged from 19-45%. The Bohart-Adams model used to reproduce the start of the breakthrough curve up to 15% of the initial concentration shown the errors of 10-81%. The Dose-Response model shows the best fit for all input concentrations of hexavalent chromium with average errors ranging 4-20%. The value of the chromium concentration in the solid phase, q0, presents larger errors than the Thomas and Yan models ranging average errors from 28-95%. For the BDST (Bed Depth Service Time) model errors are between 0.64-3.48% and the correlation coefficient above 0.985 shows that the model is suitable for experimental data. It can also be applied to predict lines of iso-concentration for the flow of 5 ml.min-1 presenting errors between 14-23%. Thus, the coal beneficiation tailing is a potential solid adsorbent that could be used in a fixed bed column for the treatment of effluents containing hexavalent chromium.

Uma das principais consequências dos processos de mineração e beneficiamento do carvão é a elevada produção de rejeitos. Esses materiais retornam às cavas de mineração ocasionando efeitos negativos ao meio ambiente, como a drenagem ácida de mina. Uma alternativa em potencial para esses rejeitos é aplica-los no tratamento de efluentes líquidos como sólidos sorventes. Dentre os principais poluentes aquosos destacam-se os metais pesados e, entre eles, o cromo hexavalente, devido aos seus efeitos carcinogênicos e mutagênicos, sendo altamente prejudicial aos organismos vivos. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo utilizar o rejeito do beneficiamento do carvão de Moatize (Moçambique) como sólido sorvente para a remoção de cromo hexavalente de águas contaminadas. O sólido foi utilizado em duas granulometrias diferentes: no intervalo entre 0,7 e 1,5 mm (R1) e menor que 0,074 mm (R2). As amostras foram caracterizadas segundo sua massa específica, densidade aparente, área superficial (BET), volume de poros e diâmetro de poros (BJH), ponto de carga zero, composição química (FRX) e mineralógica (DRX). Ensaios experimentais foram realizados a fim de determinar as melhores condições de sorção, onde foram avaliados o efeito do pH, do tempo de residência e da concentração de sorvente As melhores condições encontradas para o sólido R1 foram: pH 2, 10 h de ensaio e concentração de sorvente de 8 g L-1, onde foi obtido 98,6% de remoção de Cr(VI). A maior remoção para o sólido R2 foi de 98,8%, obtida utilizando-se: pH 2, 50 min de ensaio e concentração de sorvente de 10 g L-1. Comparando com o limite previsto pela legislação brasileira CONAMA 430 para despejos industriais as concentrações finais de cromo hexavalente em solução ficaram abaixo do valor máximo estabelecido (0,1 mg L-1). A partir destas condições encontradas, foram construídas isotermas de equilíbrio e os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips foram ajustados aos dados experimentais. Para o sólido R1, os modelos de Langmuir e Sips demostraram um bom ajuste, apresentando valores de R2 de 0,897 e 0,907 respectivamente. Já para o sólido R2, o modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais, com um R2 de 0,954. Os resultados encontrados indicam que o rejeito de carvão de Moatize pode ser utilizado para o tratamento de águas contaminadas com cromo hexavalente. One of the main consequences of coal mining and beneficiation process is the large production of waste and by-products. These materials return to the mines generating significant negative impacts to the environment. One of the possible applications for the coal wastes is in the wastewater treatments, where it can be used as a sorbent. Amongst the main water pollutants, heavy metals stand out, especially hexavalent chromium, due to its carcinogenic and mutagenic effects, being highly prejudicial to the living organisms. In this context, the objective of this study is to use coal beneficiation waste from Moatize (Mozambique) as a sorbent to remove hexavalent chromium from aqueous solution. Coal waste was utilized in two different particle sizes: between 0.7 and 1.5 mm and smaller than 0.074 mm. These solids were characterized for their specific weight, bulk density, superficial area (BET), pore volume and diameter (BJH), point of zero charge, chemical composition (XRF) and mineral composition (XRD). Experiments were conducted to determinate the best sorption conditions, were the operating parameters investigated were: solution pH, contact time and sorbent concentration The best conditions for Cr(VI) sorption onto R1 were: pH 2, 10 h and 8 g L-1 of sorbent concentration, were 98.6% removal was obtained. Cr(VI) maximum removal onto R2 of 98.8% was achieved at pH 2, 50 min and 10 g L-1 of sorbent concentration. Comparing with the limit permitted by Brazilian legislation, CONAMA 430, for industrial wastewaters, the final Cr(VI) concentration in water were below the maximum established by law (0.1 mg L-1). From these results, equilibrium isotherms were build and the mathematical models of Langmuir, Freundlich and Sips were fitted to the experimental data. For the R1 sorbent, Langmuir and Sips models fitted better the experiments, with R2 values of 0.897 and 0.907, respectively. Sips model described better the experimental data when the R2 sorbent was used, with a R2 of 0.954. Results showed that Moatize’s coal waste can be utilized for hexavalent chromium wastewater treatment.

Os fármacos são essenciais para a preservação da saúde do homem e de animais e também na prevenção de doenças. Entretanto, seu alto consumo associado ao descarte incorreto e aos tratamentos ineficientes de águas e efluentes podem trazer grandes prejuízos ao meio ambiente como, por exemplo, a resistência bacteriana. O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de ampicilina (AMP), atenolol (ATN) e paracetamol (PAR), fármacos de três classes distintas, em soluções aquosas através da técnica de adsorção em carvão ativado granular (CAG). Foram realizados experimentos de adsorção em batelada avaliando o efeito dos parâmetros pH, tempo de contato e concentração de sólido adsorvente. O comportamento cinético da adsorção dos fármacos em carvão ativado granular foi avaliado por meio dos modelos de pseudo-primeira ordem, pseudosegunda ordem e difusão intrapartícula. Ainda, isotermas de equilíbrio para estes sistemas foram construídas em diferentes temperaturas (15, 25 e 35 °C) e analisadas através dos modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. O processo de adsorção também foi avaliado através de ensaios termodinâmicos. A adsorção em coluna de leito fixo foi avaliada utilizando planejamentos experimentais para os fármacos e os efeitos da massa do leito de adsorvente (0,5 – 1,5 g) e da vazão de alimentação (10 – 15 mL min-1) foram estudados Ainda, a fim de se avaliar o comportamento dos fármacos quando em mistura, foram realizados ensaios de adsorção em batelada e em coluna de leito fixo da mistura de ampicilina e paracetamol. Os melhores resultados encontrados nos ensaios de adsorção batelada foram: pH 6 e concentração de sólido adsorvente de 10 g L-1 para os três fármacos. O tempo de adsorção mais adequado foi de 90 minutos para o ATN e 120 min para AMP e PAR. Nessas condições foi possível obter remoções de 90 %, 94 % e 96 % para a ampicilina, atenolol e paracetamol, respectivamente. O modelo cinético que melhor descreveu o processo de adsorção foi o de pseudo-primeira ordem, para os fármacos ampicilina e paracetamol, e pseudo-segunda ordem para o atenolol. As isotermas obtidas para os fármacos indicaram que o processo de adsorção é de natureza endotérmica, ou seja, a adsorção é favorecida com o aumento da temperatura. Para a AMP, o melhor ajuste das isotermas foi obtido pelo modelo de Langmuir nas temperaturas de 15 ºC e 25 ºC e pelo modelo de Sips na temperatura de 35 ºC. Para o ATN, o melhor ajuste foi obtido pelo modelo de Freundlich e, para o PAR, o modelo de Sips, nas três temperaturas estudadas. Os ensaios termodinâmicos indicaram que o processo de adsorção dos fármacos é favorável e espontâneo e comprovou a natureza endotérmica do processo Em relação aos resultados obtidos na adsorção em coluna de leito fixo foi observado que os tempos de ruptura e de saturação aumentam com o aumento da massa de sólido presente no leito e diminuem com o aumento da vazão. A massa de adsorvente apresentou efeito negativo sobre a fração de leito utilizado e foi significativa no processo de adsorção dos três fármacos. Já a vazão de alimentação só foi significativa na adsorção em leito fixo da AMP e apresentou efeito positivo na fração de leito utilizado. Os maiores volumes de efluente tratado foram obtidos com a maior massa de sólido utilizada (1,5 g) e com a menor vazão de alimentação testada (10 mL min-1). Na adsorção multicomponente em batelada, verificou-se que há concorrência entre os fármacos pelos sítios ativos do CAG disponíveis para adsorção. Os resultados obtidos nos ensaios das isotermas de adsorção mostraram que o comportamento dos fármacos em mistura é o mesmo que quando comparados individualmente. Os modelos que melhor se ajustaram aos dados experimentais foram os mesmos obtidos nos ensaios monocomponente, Langmuir para a AMP e Sips para o PAR. Da mesma forma que para os experimentos em coluna monocomponente, os ensaios multicomponentes demostraram que os tempos de ruptura e de saturação são maiores para o PAR. Entretanto, esses valores são menores do que na adsorção individual indicando que houve concorrência entre os fármacos pelos sítios do adsorvente. Os resultados encontrados indicam que a adsorção é uma alternativa viável para a remoção de fármacos, contribuindo, assim, para o avanço das pesquisas relacionadas ao tratamento de efluentes contaminados por estes poluentes. Drugs are essential for preservation of human and animal health as well as for disease prevention. However, its high consumption associated with incorrect disposal and inefficient treatment of water and effluents can cause great damage to the environment such as bacterial resistance, for example. The objective of this work was to study the removal of ampicillin (AMP), atenolol (ATN) and paracetamol (PAR), drugs of three different classes, in aqueous solutions by adsorption technique in granular activated carbon (GAC). Adsorption experiments were carried out in batch evaluating the effect of parameters pH, contact time and concentration of solid adsorbent. The kinetic behavior of the adsorption of drugs in granular activated carbon was evaluated through the pseudofirst order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models. Furthermore, equilibrium isotherms for these systems were made at different temperatures (15, 25 and 35 ° C) and analyzed using the Langmuir, Freundlich and Sips models. The adsorption process was also evaluated through thermodynamic tests. The fixed bed column adsorption was evaluated by experimental planning for drugs and the effects of mass of the adsorbent bed (0.5 to 1.5 g) and feed rate (10 - 15 ml min-1) were studied Also, in order to evaluate the behavior of the drugs when in mixture, adsorption tests were carried out in batch and in fixed bed column for the mixture of ampicillin and paracetamol. The best results found in the batch adsorption tests were: pH 6 and concentration of adsorbent solid of 10 g L-1 for the three drugs. The most suitable adsorption time was 90 minutes for ATN and 120 min for AMP and PAR. Under these conditions it was possible to obtain removals of 90%, 94% and 96% for ampicillin, atenolol and paracetamol respectively. The kinetic model that best described the adsorption process was the pseudo-first order for the ampicillin and paracetamol drugs and pseudo-second order for atenolol. The isotherms obtained for the drugs indicated that the adsorption process is of endothermic nature, that is, the adsorption is favored with the increase in temperature. For the AMP, the best isotherm adjustment was obtained by the Langmuir model at temperatures of 15 °C and 25 °C and by the Sips model at temperature of 35 °C. For the ATN, the best fit was obtained by the Freundlich model and, for PAR, the Sips model at the three temperatures studied. The thermodynamic tests indicated that the adsorption process of the drugs was favorable and spontaneous and confirmed the endothermic nature of the process Regarding the results obtained in adsorption in fixed bed column, it was observed that rupture and saturation times increase with the increase of the mass of solid present in the bed and decrease with the increase of flow. The adsorbent mass had a negative effect on the used bed fraction and was significant in the adsorption process of the three drugs. The feed flow was only significant in the adsorption in fixed bed of the AMP and had positive effect in the used bed fraction. The highest volumes of treated effluent were obtained with the largest mass of solid used (1,5 g) and with the lowest feed rate tested (10 mL min-1). In multicomponent adsorption in batch, it was found that there is competition between the drugs by the active sites of GAC available for adsorption. The results obtained in the adsorption isotherms tests showed that the behavior of the drugs in mixture is the same as when compared individually. The models that best fit the experimental data were the same ones obtained in the monocomponent tests, Langmuir for AMP and Sips for PAR. Similarly as for the monocomponent column experiments, the multicomponent tests showed that the break and saturation times are larger for the PAR. However, these values are lower than in individual adsorption indicating that there was competition between the drugs for the sites of the adsorbent. The results indicate that adsorption is a viable alternative for the removal of drugs, thus contributing to the advancement of research related to the treatment of effluents contaminated by these pollutants.

Entre as principais fontes de contaminação de águas superficiais e subterrâneas encontra-se o lançamento de despejos industriais e de esgoto doméstico sem tratamento e o uso de fertilizantes agrícolas. Nestas matrizes, o íon nitrato aparece como um dos poluentes que mais influencia na degradação das águas. O nitrato é extremamente estável e solúvel em meio aquoso, o que dificulta a remoção do mesmo de águas e efluentes. Uma alternativa de baixo custo e eficiente para remover este poluente consiste no processo de sorção. Além disso, ressalta-se que diversos sólidos podem ser utilizados como sorvente na remoção de poluentes. Sendo assim, os resíduos sólidos, produzidos por diferentes tipologias industriais, como por exemplo, as carboníferas, que precisam ser gerenciados de forma adequada poderiam ser uma alternativa de sólido sorvente. Durante o beneficiamento do minério, estima-se que cerca de 60 % da massa inicial adicionada ao processo seja descartada como rejeito, sendo esse, fonte de importantes impactos ao meio ambiente. Neste contexto, o presente trabalho propõe verificar a possibilidade de tratamento de águas contaminadas com o íon nitrato através do processo de sorção utilizando rejeito do beneficiamento do carvão como sólido sorvente. Para isso, foram realizados ensaios preliminares com sólido natural e com o mesmo sólido modificado quimicamente. Constatou-se que a superfície do rejeito tratada com solução de HDTMA-Br 60 mM torna o processo mais eficiente. Assim, o sólido modificado foi utilizado para a realização de ensaios de sorção visando obter as melhores condições experimentais. A influência dos seguintes parâmetros foi estudada: o pH (de 2 a 10), o tempo de contato da solução de nitrato com o sólido sorvente (de 0 a 90 minutos) e a concentração de sorvente (de 0 a 2 g/100mL da solução). Ainda, isotermas de equilíbrio foram construídas utilizando as melhores condições operacionais encontradas em três temperaturas diferentes (25, 35 e 45ºC). Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Freundlich, Langmuir, Sips e Redlich Peterson. Os resultados obtidos mostraram que as condições que apresentaram os maiores percentuais de remoção do íon estudado foram: pH 6, 60 minutos de tempo de contato e 1 g/100 mL de sorvente. Já quando comparados os dados com os modelos das isotermas, o modelo que melhor descreve o processo foi Sips, com R2 superior a 0,99 em todas as temperaturas avaliadas. Os dados obtidos indicam que rejeito proveniente do beneficiamento de carvão é satisfatório na remoção do íon nitrato, alcançando remoção superior a 90 %. Já no efluente real estudado, houve remoção acima de 90 % do íon nitrato. Comparando os resultados com os limites estabelecidos pela Portaria 2914 de 2011 do Ministério da Saúde, que dispõe sobre os padrões de qualidade da água, o parâmetro nitrato, após tratamento de sorção proposto no presente trabalho ficou abaixo do valor máximo (10 mg L-1) que consta na Portaria. A pesquisa realizada mostra que é possível tratar águas contaminadas com nitrato utilizando um resíduo industrial proveniente de carboníferas, contribuindo para redução do impacto ambiental em diferentes dimensões. Among the main sources of water contamination are the release of untreated industrial waste and domestic effluents and the use of agricultural fertilizers. In contaminated water, the ion nitrate appears as one of the effluents with the higher influence on water degradation. Nitrate is extremely stable and soluble in water, which hampers its removal from water and effluents. Is a low-cost and efficient alternative to remove this pollutant is the sorption process, which has been studied for the removal of several compounds. In addition, it is emphasized that various solids can be used as sorbent in the removal of pollutants. Therefore, solid wastes, produced by different industrial typologies, such as carboniferous, that need to be adequately managed could be a solid sorbent alternative. During the ore’s beneficiation, it is estimated that about 60% of the initial mass added to the process is discarded as a residue, which is source of important impacts on the environment. In this context, this work proposes to verify the possibility to treat nitrate-contaminated waters through the sorption process using the residue of coal beneficiation as solid sorbent. Preliminary tests were performed with the natural and chemically-modified solid. It was determined that the residue surface treated with the solution HDTMA-Br 60 mM increases the efficiency of the process. Thus, the modified solid was used for the performance of sorption tests aiming to obtain the best experimental conditions for sorption. The influence of the following parameters was studied: pH (from 2 to 10), contact time of the nitrate solution with the solid sorbent (from 0 to 90 minutes) and sorbent concentration (from 0 to 2 g.100mL-1 of the solution). Furthermore, equilibrium isotherms were built using the best operational conditions found in three different temperatures (25, 35 and 45°C). Experimental data were adjusted to the models of Freundlich, Langmuir, Sips and Redlich Peterson. Obtained results showed that the highest percentages of ion removal were achieved by: pH 6, contact time of 60 minutes and 1g.100mL-1 of sorbent. When comparing the data with isotherm models, Sips was the model that best describes the process, with an R² higher than 0.99 in all evaluated temperatures. The data obtained indicate that the residue from coal beneficiation is satisfactory in the removal of nitrate, reaching a removal rate of more than 90 %. In the real effluent studied, there was removal of more than 90 % of the nitrate ion. Comparing the obtained results with the Ordinance 2914 from 2011 of the Brazilian Health Ministry, , which determines the water quality standards, the nitrate parameter, after sorption treatment proposed in the present study, was below the maximum value (10 mg L -1 ) Contained in the Ordinance. The research shows that it is possible to treat water contaminated with nitrate using an industrial waste from carboniferous, contributing to reduce the environmental impact in different dimensions.

O vermelho reativo 120 é um corante sintético muito usado na indústria têxtil. Os efluentes industriais contendo este tipo de composto, podem causar importantes problemas ambientais e de saúde. O presente trabalho objetiva estudar a remoção do vermelho reativo 120 em soluções via adsorção usando três tipos de sólidos: hidrotalcita de magensio-alumunio (HDL-MgAl), magensio-ferro (HDL-MgFe) e hidroxicarbonato de magnésio (HC-Mg). Para tal, foi avaliada a influência dos parâmetros concentração de sólido sorvente (0,05-0,35 g em 100 mL) e tempo de residência (5-120 min). Foram realizados experimentos de adsorção em batelada a fim de determinar as condições operacionais mais adequadas para a remoção do corante vermelho reativo 120 nos três sólidos. Os materiais foram caracterizados por Difração de raios-X e BET. Ainda, isotermas de adsorção foram construídas. Os resultados mostram uma boa cristalização e uma estrutura entre camadas caraterísticas da estrutura das hidrotalcitas As áreas superficiais BET dos três sólidos avaliados foram de 74,8, 118,9 e 67,3 m2/g para HDL-MgAl, HDL-MgFe e HC-Mg respetivamente. A condição mais adequada para a remoção do vermelho reativo 120 foi determinada para 2,5 g.L-1 para HDL-MgAl e HC-Mg, e 2 g.L-1 para HDL-MgFe com porcentagem de remoção superiores ao 90%. Na determinação do tempo de adsorção os parâmetros usados foram concentração de 2,5 g.L-1 para HDL-MgAl e HC-Mg, e 2 g.L-1 para HDL-MgFe. Foi determinado que a condição mais adequada para a remoção do vermelho é dada em um tempo de 60 minutos para os três sólidos sorventes. As isotermas foram favoráveis para os três sólidos testados e os modelos que melhor descreveram os dados de equilíbrio do corante vermelho reativo 120 na remoção com os sólidos HDL-MgAl e HC-Mg foram Langmuir e Redlich-Peterson e para HDL-MgFe, o modelo mais adequado foi Redlich-Peterson. Reactive Red 120 is a synthetic dye widely used in the textile industry. Industrial effluents containing this type of compound can cause major environmental and health problems in living organisms. In this context, the present work aims to study the removal of reactive red 120 for adsorption solutions using three types of solids: hydrotalcite of magesium-aluminium (HDL-MgAl), magesium-iron (HDL-MgFe) e hydroxicarbonate of magnesium (HC-Mg). The influence of the concentration of solid sorbent parameters (0,05 to 0,35 g in 100 mL) and residence time was evaluated (5-120 min). Adsorption experiments were conducted in batch mode in order to determine the most suitable operating conditions to remotion of reactive red dye 120 in the three solids. The materials were characterized by Diffraction X-ray and BET. Still, adsorption isotherms were built. The results for the tested solids show a good crystallization characteristics and structure between layers of the structure of hydrotalcites The BET surface areas of the three evaluated solids were 74,8, 118,9 and 67,3 m2/g for HDL-MgAl, HDL-MgFe and HC-Mg respectively. The most appropriate condition for the removal of reactive red 120 was determined to 2.5 g.L-1 for HDL-MgAl and HC-Mg, and 2 g.L-1 to HDL-MgFe with removal percentage higher than 90%. In determining the adsorption time parameters used were concentration of 2,5 g.L-1 for HDL-MgAl and HC-Mg, and 2 g.L-1 for HDL-MgFe. It was determined that the most suitable condition for the removal of red is given in a time of 60 minutes for the three solid sorbents. As regards the study of equilibrium, it was found that the favorable isotherms. The models that best described the data balance of the reactive red dye 120 in the removal with HDL-MgAl and HC-Mg solid were Langmuir and Redlich-Peterson. On removal of the dye with HDL-MgFe the most appropriate model was Redlich-Peterson.

Em um tratamento de águas de abastecimento ou residuárias, a coagulação/floculação é um processo de grande importância. A determinação dos agentes coagulante/floculante e a quantidade necessária de cada um deles são problemas rotineiros para os profissionais e podem influenciar na qualidade do tratamento. Determinar o tamanho dos flocos é fundamental para que a operação de floculação ocorra com melhor eficiência. Ainda, variáveis hidrodinâmicas, como a velocidade, volume das partículas e do recipiente, também têm a mesma importância nesta finalidade. No presente trabalho, a modelagem do processo de floculação via balanço populacional foi estudada com o objetivo de prever a formação de agregados/flocos em relação com o tempo até atingir o estado estacionário e em condições de operação distintas. Assim, um modelo de balanço populacional pela técnica de discretização por pivô fixo foi implementado no software EMSO. Um estudo foi realizado através de processamento/análise de imagens capturadas em um experimento de coagulação/floculação. As imagens obtidas do processo de floculação foram analisadas e foi verificado a distribuição do tamanho dos flocos. Com os dados de volume e concentração inicial de partículas foi possível a simulação no modelo matemático. Assim tornou-se possível observar o crescimento, a estabilização, o comportamento dos flocos em comparação com o modelo matemático e a frequência desses flocos em cada tamanho em diferentes condições, como o gradiente de velocidade e a concentração inicial de partículas. Os resultados obtidos em comparação com os dados experimentais e a simulação do modelo matemático foram possíveis verificar comportamento semelhante de distribuição de tamanho de flocos. A partir dessa análise, o modelo matemático mostrou-se satisfatório em prever o comportamento experimental. Em diferentes condições pode-se verificar que o gradiente de velocidade e a concentração inicial de partículas influenciam na formação e estabilização dos flocos. Este estudo teve a utilização de softwares de livre acesso para trazer a proposta de implementação a fim de trazer economia de agentes químicos utilizados e melhoria nos processos de operação da estação tratamento de efluentes. In a wastewater treatment, coagulation / flocculation is a process of great importance. The determination of coagulant / flocculant agent and the required amount of each problems are routine for professional and can influence the quality of treatment. Determination the flocs size is essential for flocculation operation to occur with greater efficiency. Still, hydrodynamic variables, such as speed, particles volume and the container also have the same importance in this purpose. In the present work, modeling of flocculation process by population balance was studied in order to predict the formation of aggregates / flocs in relation to time to reach steady state and at different operating conditions. Thus, a population balance model by discretization technique for fixed pivot was implemented in EMSO software. A study was conducted through the processing / analysis of images captured on an experiment coagulation / flocculation. Images obtained in the flocculation process were analyzed and it was found the size distribution of flocs. With the volume and initial particle concentration values, simulation was possible in mathematical model. Thus it became possible to observe the growth, establization and behavior of flocs in comparison with the mathematical model, and the frequency of such flocs in each size in different conditions, such as the velocity gradient and the initial particle concentration. The results obtained in comparison to experimental data and simulation of the mathematical model we observed behavior flocs size distribution similar. From this analysis, mathematical model was satisfactory to predict the experimental behavior. Under different conditions can be seen that the velocity gradient and the initial concentration of particles influence the formation and stabilization of flocs. This study was the use of software-free access to bring the implementation of proposal in order to bring savings of chemicals used and improvement in operating processes of wastewater treatment station.