Imobilização de líquido iônico a base de fosfônio em cápsulas de polisulfona para remoção de compostos fenólicos em solução aquosa

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2021.Indústrias e o agronegócio geram compostos fenólicos em grande quantidade, podendo chegar a corpos receptores e causar efeito tóxico a seres humanos e ao meio ambiente. A adsorção é um processo de remoção de uma espécie na superfície de um sólido e pode ser utilizada para remover componentes indesejados, alinhado a este tema, os líquidos iônicos, compostos orgânicos iônicos, são utilizados também para remoção de compostos metálicos e orgânicos. Contudo, utilizá-los de forma livre possui grande desvantagem devido a sua alta viscosidade. Deste modo, utiliza-se cápsulas de polissulfona a fim de conter líquido iônico à base de fosfônio, preparadas pela técnica de inversão de fases, para a adsorção de diferentes compostos fenólicos e ênfase no 2,4-diclorofenol (2,4-DCP) em solução aquosa. As cápsulas obtidas foram caracterizadas por meio de microscópio eletrônico de varredura (MEV), análise de superfície (BET), infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e análise termogravimétrica (ATG). Os resultados indicam que o decanoato de trihexiltetradecilfosfônio (líquido iônico utilizado) foi imobilizado na polissulfona, de forma física, o percentual de imobilização foi de 67,91%. Os experimentos com planejamento fatorial contribuíram para verificar os fatores que mais influenciam no processo de imobilização (a massa de líquido iônico) e no processo de adsorção (o pH). Nos experimentos em batelada, os resultados mostraram que a melhor remoção de 2,4-DCP foi alcançada entre pH 3,0 e 9,0; para as faixas de temperatura (25 ? 70 ºC) e concentração de NaCl (0 ? 1000 mg·L-1) não tiveram alterações significativas na adsorção quanto a variação dos experimentos. O estudo cinético de adsorção demonstrou que o mecanismo ocorre na segunda ordem, com carga de remoção no equilíbrio (após 5 horas) de 263,16 mg·g-1, o coeficiente de difusão foi calculado por meio deste mecanismo cinético, 2,901·10-4 cm2·min-1. O modelo de Weber-Morris contribuiu para separar a cinética em dois mecanismos, o primeiro majoritariamente por difusão intrapartícula, com coeficiente de difusão de 1,260·10-4 cm2·min-1, e o segundo como sendo uma estabilização do equilíbrio, com aumento na camada limite. O modelo de Redlich-Peterson foi a isoterma que mais se ajustou aos dados experimentais, com valor de ß igual a 0,86 aproximando-se do modelo de Langmuir que obteve qmax de 454,54 mg·g-1 na concentração final de 317,17 mg·L-1. Foram realizados experimentos em fluxo contínuo, em um sistema de leito fixo, com variação de vazão, 32 e 48 mL·h-1, resultando em uma capacidade de adsorção máxima pelo modelo de Thomas de 1550,56 e 1273,25 mg·g-1, respectivamente. Estes valores evidenciam que este tipo de processo aumenta a eficiência das cápsulas geradas. Os ensaios de toxicidade demonstram que quando em baixa concentração no meio o IL serve como nutriente, aumentando o índice de germinação das sementes de alface; e nas cebolas é evidenciado um maior nível de toxicidade quando o IL está livre, diminuindo este valor quando está imobilizado. Consequentemente, esses resultados mostraram que as cápsulas têm potencial para aplicação no tratamento da poluição ambiental causada pelo 2,4-DCP e outros compostos fenólicos, seja em um processo em batelada ou em fluxo contínuo.Abstract: Industries and agribusiness generate phenolic compounds in large quantities, which can reach receptor bodies and cause toxic effects to humans and the environment. Adsorption is a process of removing a species on the surface of a solid and can be used to remove unwanted components, in line with this theme, ionic liquids, organic ionic compounds, are also used to remove metallic and organic compounds. However, using them freely has a great disadvantage due to their high viscosity. Therefore, polysulfone capsules are used to contain ionic liquid based on phosphonium, prepared by the phase inversion technique, for the adsorption of different phenolic compounds and emphasis on 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) in solution watery. The obtained capsules were characterized by scanning electron microscope (SEM), surface analysis (BET), Fourier transform infrared (FT-IR), and thermogravimetric analysis (TGA). The results indicate that the trihexyltetradecylphosphonium decanoate (ionic liquid used) was physically immobilized in the polysulfone, the percentage of immobilization was 67.91%. The experiments with factorial planning contributed to verify the factors that most influence the immobilization process (IL mass) and the adsorption process (pH). Followed by batch adsorption experiments, the results showed the best removal of 2,4-DCP was achieved between pH 3.0 and 9.0, for the temperature ranges (25 ? 70 ºC) and NaCl concentration (0 ? 1000 mg·L-1) had no significant changes in adsorption when varied. The kinetic adsorption study demonstrated that the mechanism occurs in the second order, with a removal load in the balance (after 5 hours) of 263.16 mg·g-1, a diffusion coefficient was calculated using this kinetic mechanism, 2.901·10-4 cm2·min-1. The Weber-Morris model contributed to separate kinetics into two mechanisms, the first mainly by intraparticle diffusion, with a diffusion coefficient of 1.260·10-4 cm2·min-1, and the second as stabilization of balance, with an increase in the boundary layer. The Redlich-Peterson model was the isotherm that best fitted the experimental data, with a ß value equal to 0.86, approaching the Langmuir model that obtained a qmax of 454.54 mg·g-1 at the final concentration of 317.17 mg·L-1. Experiments were carried out in continuous flow, in a fixed bed system, with flow variation, 32 and 48 mL·h-1, obtaining a maximum adsorption capacity by the Thomas model of 1550.56 and 1273.25 mg·g-1, respectively, these values show that this process increases the efficiency of the developed capsules. Toxicity tests demonstrate that when in a small concentration in the medium IL serves as a nutrient, increasing the germination rate of lettuce seeds; and onions a higher level of toxicity is evidenced when the IL is free, decreasing this value when it is immobilized. Consequently, these results showed that the capsules have the potential for application in the treatment of environmental pollution caused by 2,4-DCP and other phenolic compounds, either in a batch process or in a continuous flow