Adsorption of diclofenac sodium by graphene oxide, pulverized and granulated activated carbon

Autor: Medeiros, Glauber da Rocha
Přispěvatelé: Cunha, Paulo Eduardo Vieira, Fechine, Pierre Basilio Almeida, Nascimento, José Heriberto Oliveira do, Tinoco, Juliana Delgado
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFRN
Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
Popis: Estudos recentes desenvolvidos em diferentes países revelam a presença de fármacos em corpos aquáticos. Dentre os principais fármacos detectados, o antiinflamatório diclofenaco sódico (DS) é considerado de elevada ecotoxicidade e foi incluído na lista de substâncias prioritárias para monitoramento no domínio da política da água pela Diretiva 39/2013 da União Europeia. Entre os processos de tratamento de água disponíveis, a adsorção é uma alternativa eficaz sob os aspectos técnicos e econômicos. Neste contexto, este trabalho teve o objetivo de avaliar, em escala de bancada, a eficiência de remoção do DS em três distintos adsorventes: óxido de grafeno (OG), carvão ativado pulverizado (CAP) e carvão ativado granulado (CAG). A adsorção do DS foi analisada através do delineamento composto central (DCC), utilizando-se de quatro fatores: concentração de diclofenaco sódico (CDS), concentração de adsorvente (CADS), tempo de contato (Tc) e pH. Os resultados subsidiaram a modelagem de respostas para capacidade de adsorção, remoção de adsorbato, cinética de adsorção de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem (PSO) e difusão intra-partícula (DIP), isotermas de Langmuir e Freundlich. De uma forma geral, os três adsorventes demonstraram afinidade pela adsorção de DS. As máximas capacidades de adsorção experimentais foram de: 669,50 mg.g-1 para OG (CDS de 450 mg.L-1, CADS de 0,2 g.L-1, Tc de 34,3 min e pH 5); 169,39 mg.g-1 para CAP ( CDS de 331,64 mg.L-1, CADS de 0,2 g.L-1, Tc de 40,6 min e pH 5); 77,73 mg.g-1 para CAG (CDS de 450 mg.L-1, CADS de 0,2 g.L-1, Tc de 25 min e pH 9). A eficiência do OG se sobrepões em 395% ao CAP e 861% ao CAG. Esses dados foram obtidos em bateladas de confirmação em duplicata e representam a média dos valores obtidos. Os dados dos modelos baseados no DCC apresentaram estimativas de eficiências médias de remoções que corroboram para preferência do OG em detrimento dos carvões testados. Para todas as condições aplicadas (CDS de 50 a 450 mg.L-1, CADS de 1,4 a 5 g.L-1, Tc de 5 a 45 min e pH de 5 a 9), a remoção de DS por OG variou entre 97,59% a 99,95%. O CAP obteve remoção máxima prevista pelo modelo de até 100%, porém limitado para CDS entre 50 e 150 mg.L-1. Para o CAG, a remoção máxima prevista foi de 43,50% para CDS de 50 mg.L-1. Para todos os adsorventes, a cinética de PSO apresentou melhor adequação aos dados. O modelo de DIP indicou que os processos de adsorção foram controlados pela combinação de mecanismos intra-filme e intra-poro, sendo OG prioritariamente associado ao intra-filme e os carvões ao intraporo. As isotermas do OG e CAG se adequaram ao modelo de Freundlich e o CAP ao de Langmuir. A adsorção de DS pelo OG foi caracterizada por quimissorção, enquanto que o CAP e CAG pela fisissorção. Em conclusão, o OG revelou-se um material eficiente e uma alternativa para remoção de DS, devendo-se avaliar futuramente aspectos dos custos envolvidos. Recent studies developed in different countries reveal the presence of pharmaceuticals drugs in aquatic bodies. Among the main drugs detected, the antiinflammatory sodium diclofenac (SD) is considered to be of high ecotoxicity and was included in the list of priority substances for monitoring in the field of water policy by Directive 39/2013 of the European Union. Among the available water treatment processes, an adsorption is an effective alternative from the technical and economic aspects. In this context, this work aimed to evaluate, on a bench scale, the efficiency of SD removal in three different adsorbents: graphene oxide (GO), pulverized activated carbon (PAC) and granulated activated carbon (GAC). SD adsorption was analyzed through the central composite design (CCD), using four factors: concentration of sodium diclofenac (CSD), adsorbent concentration (ADSC), contact time (Ct) and pH. The results supported the modeling of responses for adsorption capacity, adsorbate removal, adsorption kinetics of pseudo-first order, pseudo-second order (PSO) and intra-particle diffusion (IPD), Langmuir and Freundlich isotherms. In general, the three adsorbents showed affinity for SD adsorption. The maximum experimental adsorption capacities were: 669.50 mg.g-1 for GO (CSD of 450 mg.L-1, ADSC of 0.2 g.L-1, Ct of 34.3 min and pH 5); 169.39 mg.g-1 for PAC (CSD of 331.64 mg.L-1, ADSC of 0.2 g.L-1, Ct of 40.6 min and pH of 5); 77.73 mg.g-1 for GAC (CSD of 450 mg.L-1, ADSC of 0.2 g.L-1, Ct of 25 min and pH of 9). The efficiency of the GO overlaps by 395% to the PAC and 861% to the GAC. These data were obtained in confirmation batches in duplicate and represent the average of the values obtained. The data from the CCD-based models showed estimates of average removal efficiencies that corroborate the preference of the GO over the tested carbons. For all conditions applied (CSD from 50 to 450 mg.L-1, ADSC from 1.4 to 5 g.L-1, Ct from 5 to 45 min and pH from 5 to 9), the removal of SD by GO varied between 97.59% to 99.95%. The PAC obtained maximum removal foreseen by the model of up to 100%, but limited to CSD between 50 and 150 mg.L-1. For the GAC, the maximum removal expected was 43.50% for CSD of 50 mg.L-1. For all adsorbents, the PSO kinetics showed a better fit to the data. The IPD model indicated that the adsorption processes were controlled by the combination of intrafilm and intra-pore mechanisms, with GO being primarily associated with the intra-film and the carbons with the intra-pore. The isotherms of the GO and GAC adapted to the Freundlich model and the PAC to that of Langmuir. SD adsorption by GO was characterized by chemisorption, while PAC and GAC by physisorption. In conclusion, the GO proved to be an efficient material and an alternative for removing SD, and aspects of the costs involved should be evaluated in the future.
Databáze: OpenAIRE
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