Adsorção de íons cobre em esferas porosas de quitosana na presença de líquidos iônicos

Orientador: Marisa Masumi Beppu Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A contaminação do meio ambiente por metais tóxicos tem levado ao desenvolvimento de pesquisas que busquem adsorventes que possibilitem a retirada em concentrações baixas ("refinada") destes metais com boa eficiência. A quitosana é um polímero natural já estabelecido na literatura como um material que tem a capacidade de adsorver íons metálicos. Transformações químicas, físicas ou a combinação com outros materiais são alternativas utilizadas como mecanismo de viabilizar melhorias. Associar quitosana com outros materiais já é uma técnica utilizada atualmente, porém, devido às necessidades de adequação as tendências de conservação dos ecossistemas e viabilidade de processo, fazem-se necessário o uso de substâncias mais corretas ambientalmente e com uma boa eficiência. Uma classe pouco conhecida por muitos pesquisadores são os líquidos iônicos, estas substâncias possuem propriedades únicas e podem ser aplicados para diferentes fins, inclusive a captura de íons metálicos de sistemas contaminados. Esta pesquisa busca avaliar o efeito dos líquidos iônicos (Formiato de 2-Hidroxietilamônio, Butirato de n-metil-2-Hidroxietilamônio e Hexanoato de n-metil-2-Hidroxietilamônio) combinado às esferas de quitosana porosas na adsorção de íons cobre. Foram realizados estudos cinéticos, isotérmicos e a determinação dos parâmetros termodinâmicos para um melhor entendimento dos sistemas. Os resultados cinéticos demonstram que para todos os sistemas a etapa limitante da taxa de adsorção é a quimissorção e que é necessário um período de 100 horas para se alcançar um equilíbrio. O estudo de isoterma define uma adsorção monocamada com sítios energeticamente homogêneos para as esferas de quitosana e o sistema com o Butirato de n-metil- 2-Hidroxietilamônio adicionado, já para os sistemas com os líquidos iônicos Formiato de 2- Hidroxietilamônio e Hexanoato de n-metil-2-Hidroxietilamônio é definida uma adsorção multicamada com sítios energeticamente heterogêneos. A mudança de energia livre de Gibbs demonstra a natureza espontânea de todos os sistemas. A técnica EXAFS confirmou que a adsorção de íons Cu2+ se dá nos grupos amino e hidroxilas, embora não tenha sido possível diferenciá-los e apresenta modificações nas esferas de coordenação indicando mudanças no mecanismo de adsorção. Concluiu-se que a adição de líquidos iônicos em esferas porosas de quitosana aumentou a capacidade de adsorção de íons Cobre (II) Abstract: Contamination of the environment by toxic metals has led to the development of research on changes in the properties and characteristics of materials that allow satisfactory efficiency for a withdrawal "refined" these metals. Chitosan is a natural polymer as defined in the literature as a material that has the ability to absorb metal ions. Chemical, physical transformations or combination with other alternative materials are used as a mechanism to enable improvements. Join chitosan with other materials is a technique already widely used, however, because the needs of fitness trends in ecosystem conservation and sustainability of the process, it is necessary the use of substances and more environmentally correct with a good efficiency. A class little known by many researchers are ionic liquids, these substances have unique properties and can be applied for different purposes, including the capture of metal ions doped systems. This study aims to assess the effect of ionic liquids (2-hydroxyethylammonium formate, n-methyl-2- hydroxyethylammonium butyrate and n-methyl-2-hydroxyethylammonium hexanoate) combining the chitosan beads in the adsorption of copper ions. Kinetic studies were carried out, isothermal and determination of thermodynamic parameters for a better understanding of the systems. The kinetic results show that for all systems the rate limiting step for adsorption and chemisorption is that it takes a period of 100 hours to reach equilibrium. The study defines an adsorption isotherm monolayer with energetically homogeneous sites for systems sphere of chitosan and with nmethyl- 2-hydroxyethylammonium butyrate added, for systems with ionic liquids 2- hydroxyethylammonium formate and n-methyl-2-hydroxyethylammonium hexanoate is assigned a multilayer adsorption with energetically heterogeneous sites. The change free energy of Gibbs demonstrates the spontaneous nature of all systems. The EXAFS technique confirmed that the adsorption of Cu2+ occurs in the amino and hydroxyl groups, although it was not possible to differentiate them from each other, showing changes in the coordination spheres indicating changes in the adsorption mechanism. It was concluded that the insertion of ionic liquids in porous beads of chitosan increased the adsorption of ions copper (II) Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química