Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/86661
Title: Uso de polieletrólitos baseados em celulose no tratamento de efluentes industriais
Other Titles: Use of cellulose-based polyelectrolytes in the treatment of industrial effluents
Authors: Veríssimo, Ana Margarida Baptista Ribeiro 
Orientador: Gamelas, José António Ferreira
Rasteiro, Maria da Graça Bontempo Vaz
Keywords: polieletrólitos catiónicos; celulose dialdeído; celulose catiónica; biomassa lenhocelulósica; tratamento de efluentes; Cationic polyelectrolytes; dialdehyde cellulose; cationic cellulose; lignocellulosic biomass; effluent treatment
Issue Date: 25-Sep-2018
Serial title, monograph or event: Uso de polieletrólitos baseados em celulose no tratamento de efluentes industriais
Place of publication or event: DEQ-FCTUC
Abstract: Overexploitation of fossil fuels and hydric resources, increasing droughts, effluents production in large scale and environmental concerns, besides increasing the importance of the effluents treatment processes, have boosted the substitution of synthetic flocculants by natural-based flocculants (eco-friendly), thus promoting a sustainable development.The present study focused on the synthesis of water-soluble cellulose-based cationic flocculants, with significant lignin content and obtained from kraft pulps, and in evaluating their efficiency in the treatment of an industrial effluent from tannery industry. The pulps, properly characterized, were obtained from invasive tree species (Acacia dealbata (Ac) and Ailanthus altissima (Al)) and from wood residues (Pinus pinaster (P)). The first step of the synthesis was the oxidation of the pulp with NaIO4 to dialdehyde cellulose (DAC), in the presence of LiCl, so that cellulose reactivity could be increased. This reaction was carried out at 70 °C or 75 °C for 3 h, from which, high degrees of substitution of hydroxyl groups by aldehyde groups (1.4-1.6) were obtained, in particular for the DAC samples from pine. A DAC of each species was then cationized using Girard’s reagent T, whose amount was adjusted (GT/aldehyde molar ratio = 1.95, 3.9 and 5.85) in order to synthesize flocculants with different characteristics, at 70 °C and for 1 h. It was obtained a set of polyelectrolytes with degrees of substitution of hydroxyl groups by alkylammonium groups (0.9-1) appropriate, for the end use. The polyelectrolytes were characterized by ATR-FTIR spectroscopy, dynamic light scattering (for hydrodynamic diameter) and electrophoretic light scattering (for zeta potential), and solubility tests in water at 0.2% (w/w) were performed. The measured potentials were roughly similar (+48 a +55 mV), and the minimum and maximum hydrodynamic diameters were 73 and 287 nm. Only the pine polyelectrolytes were not fully soluble in water. For coagulation and/or flocculation tests, a cationic cellulose from each tree species was selected, and a synthetic flocculant for comparison purposes. Initially, flocculation tests where polymer dosage and pH were varied, were carried out; then, flocculation occurred in the sieved effluent and with pH change; finally, the same effluent was treated by coagulation-flocculation with the addition of bentonite, changing the amount of bentonite and pH. The efficiency of the natural-based flocculants was assessed based on effluent turbidity measurements, and, in a few cases, by measuring chemical oxygen demand (COD) and total chromium. The highest turbidity removals with the cellulosic polyelectrolytes were obtained in the sieved effluent, at the initial pH of the effluent (neutral) and with the addition of bentonite. Overall, cationic cellulose from pine showed the best performance, however, the synthetic flocculant performed better probably due to its much higher hydrodynamic diameter. The removal of COD and total chromium by the cellulosic flocculants proved to be insufficient. Therefore, the produced flocculants do not present as an efficient alternative for the treatment of the effluent under study.
A sobreexploração dos combustíveis fósseis e dos recursos hídricos, o crescente aumento das secas e da produção de efluentes, e a necessidade de proteção ambiental; além de acrescerem a importância do tratamento de efluentes, têm impulsionado a substituição dos floculantes sintéticos por floculantes de base natural (eco-friendly), promovendo assim um desenvolvimento sustentável. O estudo efetuado centrou-se na síntese de floculantes catiónicos à base de celulose, solúveis em água, com teor de lenhina considerável e provenientes de pastas kraft cruas, e na determinação da sua eficiência no tratamento de um efluente industrial proveniente da indústria de curtumes. As pastas, devidamente caracterizadas, tiveram origem em espécies madeireiras infestantes (Acacia dealbata (Ac) e Ailanthus altissima (Al)) e em resíduos madeireiros (Pinus pinaster (P)). O processo de síntese iniciou-se com a oxidação da pasta pelo NaIO4 a celulose dialdeído (CDA), na presença de LiCl, como forma de aumentar a reatividade da celulose. As reações decorreram a 70 ou 75 ºC durante 3 h, a partir das quais se obtiveram graus de substituição de grupos hidroxilo por grupos aldeído satisfatórios (1.4-1.6), com destaque nas CDA de pinho. Uma CDA de cada espécie foi então cationizada com recurso ao reagente Girard T (GT), cuja quantidade foi ajustada (razão molar GT/aldeídos = 1.95, 3.9 e 5.85) por forma a sintetizar floculantes com características diferenciadas, a 70 ºC e durante 1 h. Obteve-se um conjunto de polieletrólitos com graus de substituição de grupos hidroxilo de unidades de anidroglucose por grupos de amónio quaternário (0.9-1), para o fim a que se destinavam. Os polieletrólitos foram caracterizados por espectroscopia de ATR-FTIR, dispersão de luz dinâmica (determinação do diâmetro hidrodinâmico) e dispersão de luz eletroforética (determinação do potencial zeta), e efetuaram-se testes de solubilidade a 0.2% (w/w), em água. Os potenciais obtidos foram consideravelmente próximos (+48 a +55 mV), já os diâmetros mínimo e máximo foram de 73 e 287 nm. Só os polieletrólitos de pinho não foram totalmente solúveis em água. Para realização dos testes de coagulação e/ou floculação selecionou-se uma celulose catiónica de cada espécie, e um floculante sintético para comparação. Inicialmente, efetuaram-se ensaios de floculação onde se variou a dosagem polimérica e o pH; numa segunda fase, a floculação já decorreu no efluente peneirado e com alteração de pH, e numa terceira fase, o mesmo efluente foi tratado por coagulação-floculação com o auxílio de bentonite, variando-se a respetiva quantidade e pH. A eficiência dos floculantes de base natural foi avaliada pela medição de turbidez do efluente tratado, tendo-se ainda, nalguns ensaios, medido a carência química de oxigénio (CQO) e o crómio total. As maiores remoções de turbidez com os polieletrólitos celulósicos foram obtidas no efluente peneirado, ao pH inicial do efluente (neutro) e com recurso a bentonite. Globalmente, a celulose catiónica de pinho apresentou o melhor desempenho, contudo, o floculante sintético sobressaiu consideravelmente devido ao maior e elevado diâmetro hidrodinâmico. A remoção de CQO e crómio total pelos floculantes celulósicos, demonstrou ser insuficiente. Deste modo, os floculantes produzidos não são uma alternativa eficiente no tratamento deste efluente.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/86661
Rights: openAccess
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