A coupled photocatalytic system using niobium oxide and microalga: chromium-contaminated wastewater treatment

Autor: Camila Sousa
Přispěvatelé: Cardoso, Vicelma Luiz, Batista, Fabiana Regina Xavier, Costa, Rosangela Lucio, Resende, Miriam Maria de, Reis, Miria Hespanhol Miranda
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFU
Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
Popis: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais A biorremediação é um processo alternativo eficiente para a remoção de Cr, podendo ser alcançada com microalgas. Outros materiais, como os óxidos metálicos, que possuem capacidade fotocatalítica, também surgem como uma opção aos métodos tradicionais. Este trabalho estudou a eficiência da biossorção de Cr (VI) pela microalga Chlamydomonas reinhardtii e em seguida o processo de fotocatálise heterogênea em duas fases: na fase 1, utilizou-se o óxido de nióbio (Nb2O5) e, na fase 2, associou-se a microalga C. reinhardtii na remoção de Cr como alternativa viável e inovadora para o tratamento de efluentes. Na biossorção, o estudo cinético foi avaliado em pH 3 e 7; 10 mg/L de Cr (VI); 1 g/L de microalga; tempo de equilíbrio de 180 min e temperatura ambiente. Em pH 7, foram obtidas remoções de Cr (VI) de 4,8 % na ausência de luz e 4,4 % na presença de luz. Em pH 3, alcançou-se 2,6 % na ausência de luz e 11,7 % na presença de luz. A cinética da biossorção de Cr (VI) seguiu o modelo de Bangham e difusão intrapartícula. Na isoterma de biossorção, avaliada na faixa de 10 a 70 mg/L de Cr (VI), obteve-se capacidade máxima biossortiva de 5,8 ± 0,1 mg Cr(VI)/g alga em pH 3 e presença de luz, sendo a adsorção melhor representada pelo modelo de Langmuir. Na fase 1 do processo fotocatalítico as condições foram: soluções de Cr (VI) nas concentrações de 10, 30 e 50 mg/L; adição do Nb2O5 nas concentrações de 0,5 e 1,0 g/L; pH 3; recirculação da solução de Cr (VI) em vazão contínua de 800 mL/min por 72 h. Os resultados de redução encontrados para 1,0 g/L de Nb2O5 foram de 51 %, 13 % e 11 % em 10, 30 e 50 mg/L de Cr (VI), respectivamente. Em subsequência, na fase 2, foi adicionado a microalga C. reinhardtii em densidade celular de 1,0 g/L nos efluentes provenientes da fase 1, com ensaios em pH 7 e em processo batelada por 120 h. Os resultados de redução de Cr (VI) foram de 50 % e 18 % para a concentração de 10 mg/L e 50 mg/L de Cr (VI) respectivamente, independente da concentração de Nb2O5 utilizada anteriormente; 81 % para 0,5 g/L e 39 % para 1,0 g/L de Nb2O5, ambos na concentração de 30 mg/L de Cr (VI). Ao final, as duas fases proporcionaram, em média, resultados de 71 %, 31 % e 18 % de remoção do metal pesado para as concentrações iniciais de 10, 30 e 50 mg/L de Cr (VI), respectivamente. Assim, a fotocatálise heterogênea com utilização do Nb2O5 sob luz UV-C e posterior aplicação da microalga C. reinhardtii, mostrou-se um processo adequado para redução e remoção de Cr. Bioremediation is an efficient alternative process for Cr removal, which can be achieved with microalgae. Other materials, such as metal oxide-based, which have photocatalytic capacity, also emerging as an option to traditional methods. This work studied the efficiency of Cr (VI) biosorption by the microalgae Chlamydomonas reinhardtii and the process of heterogeneous photocatalysis in two phases: in phase 1, the niobium oxide (Nb2O5) was used and, in phase 2, it was associated the microalgae C. reinhardtii in the removal of Cr as a viable and innovative alternative for the treatment of effluents. In biosorption, the kinetic studies was evaluated at pH 3 and 7; 10 mg/L of Cr (VI); 1 g/L of microalgae; equilibrium time of 180 min and room temperature. At pH 7, Cr (VI) removals of 4.8 % in the absence of light and 4.4 % in the presence of light were obtained. At pH 3, 2.6 % was achieved in the absence of light and 11.7 % in the presence of light. The kinetics of Cr (VI) biosorption followed the Bangham model and intraparticle diffusion. In the biosorption isotherm, evaluated in the range of 10 to 70 mg/L of Cr (VI), a maximum biosorption capacity of 5.8 ± 0.1 mg Cr(VI)/g algae was obtained at pH 3 and in the presence of light, being the adsorption best represented by the Langmuir model. In phase 1 of the photocatalytic process, the conditions were: Cr (VI) solutions at concentrations of 10, 30 and 50 mg/L of Cr (VI); addition of Nb2O5 at concentrations of 0.5 and 1.0 g/L; pH 3; recirculation of the Cr (VI) solution in continuous flow rate of 800 mL/min for 72 h. The reduction results found for 1.0 g/L of Nb2O5 were 51 %, 13 % e 11 % in 10, 30 and 50 mg/L Cr (VI), respectively. Subsequently, in phase 2, microalgae C. reinhardtii was added at a cell density of 1.0 g/L in the effluents provenient from phase 1, with experiments at pH 7 and in a batch process for 120 h. The results of Cr (VI) reduction were 50 % and 18 % for the concentration of 10 mg/L and 50 mg/L of Cr (VI) respectively, regardless of the concentration of Nb2O5 used previously; 81 % for 0.5 g/L and 39 % for 1.0 g/L of Nb2O5, both at a concentration of 30 mg/L of Cr (VI). At the end, the two phases provided, on average, results of 71 %, 31 % and 18 % of removal to the heavy metal for initial concentrations of 10, 30 and 50 mg/L of Cr (VI), respectively. Thus, heterogeneous photocatalysis using Nb2O5 under UV-C light and further application of the microalgae C. reinhardtii, proved to be an adequate process for reducing and removing Cr. Dissertação (Mestrado) 2024-05-16
Databáze: OpenAIRE
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