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Adsorção de corantes alimentícios pelo biopolímero quitosana
(2010) Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
O despejo de efluentes industriais contendo corantes é um grave problema ambiental, tanto para a vida aquática quanto para a saúde pública. Com o intuito de remover estes corantes dos efluentes, a adsorção é uma técnica de fácil execução e extremamente viável, principalmente quando envolve o uso de bioadsorventes. Um potencial bioadsorvente para a remoção de corantes é a quitosana, pois, pode ser obtida de matérias-primas renováveis e de baixo custo. O objetivo deste trabalho foi utilização do biopolímero quitosana para a adsorção de três corantes alimentícios: azul brilhante, amarelo tartrazina e amarelo crepúsculo. O estudo foi realizado mediante a comparação da quitosana com adsorventes comerciais, construção das isotermas de equilíbrio, determinação dos parâmetros termodinâmicos, definição de condições ótimas do processo, cinética, mecanismos e natureza da adsorção. A quitosana foi mais eficiente que o carvão ativado, terra ativada e terra diatomácea na remoção dos três corantes estudados, preferencialmente em pH ácido alcançando percentuais de remoção de até 90%. O modelo de Langmuir foi mais adequado para representar as isotermas de equilíbrio, sendo que as capacidades máximas de adsorção na monocamada obtidas a 298 K foram 1134 mg g-1, 1684 mg g-1 e 1977 mg g-1 para os corantes azul brilhante, amarelo tartrazina e amarelo crepúsculo respectivamente. Valores negativos de entalpia (-51,7 a -34,2 kJ mol-1), entropia (-0,14 a -0,10 kJ mol-1 XIII K-1) e energia livre de Gibbs (-8,52 a -2,24 kJ mol-1) mostraram que o processo de adsorção de todos os corantes foi exotérmico, espontâneo e favorável. Os corantes, amarelo tartrazina e amarelo crepúsculo apresentaram comportamento similar, e desta maneira apenas o corante amarelo crepúsculo foi utilizado para a otimização do processo. As condições ótimas de processo foram pH 3, 60 minutos e 150 rpm para o corante azul brilhante, e pH 3, 60 minutos e 50 rpm para o corante amarelo crepúsculo obtendo-se capacidades de adsorção de 210 mg g-1 e 295 mg g-1, respectivamente. Os modelos de pseudo-segunda ordem e Elovich foram os mais adequados para representar a cinética de adsorção para todos os corantes, obtendo-se 85% da capacidade máxima de adsorção em 40 minutos. O processo de adsorção ocorreu simultaneamente por difusão no filme e difusão intrapartícula, sendo que um aumento na taxa de agitação causou uma diminuição na resistência à transferência de massa no filme, sendo este mecanismo o limitante do processo. A adsorção dos corantes foi de natureza química, devido a interações eletrostáticas dos grupamentos amino e hidroxila da quitosana com os grupamentos sulfonados dos corantes.
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ADSORPTION ISOTHERMS AND THERMOCHEMICAL DATA OF FD&C RED N° 40 BINDING BY CHITOSAN
(Abeq, 2011) Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Picci, Jeferson Steffanello; Dotto, Guilherme Luiz
Chitosan is a natural polymer that has been employed in dye adsorption. In this work, adsorption and thermodynamic data for the interaction of FD&C Red n° 40 food dye with chitosan in aqueous solutions were investigated. The equilibrium adsorption isotherms were determined by the batch method, from 298 to 338 K. Adsorption data were adjusted to five isotherm models: Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin and Dubinin-Radushkevich, in order to determine which presented the best adjustment to the experimental data. Error analysis showed that the Langmuir isotherm model was the most appropriate for fitting the experimental data, with a maximum monolayer adsorption of 3065.8 μmol g-1 at 308 K. Negative enthalpy (-112.7 kJ mol-1), entropy (-0.338 kJ mol-1 K-1) and Gibbs free energy (-15.6 to 1.0 kJ mol-1) values demonstrated that the adsorption process is exothermic, spontaneous, favorable, and that randomness of the system decreases during the adsorption process.
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Adsorption of FD&C Red 40 by chitosan: isotherm analysis
(Elsevier, 2009) Piccin, Jeferson Steffanello; Dotto, Guilherme Luiz; Vieira, Mery Luiza Garcia; Gonçalves, Janaína Oliveira; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
The adsorption of azobenzene FD&C Red No. 40 (C.I. 16035) from aqueous solutions by chitosan was studied through adsorption isotherms. The effects of pH (5.7, 6.6 and 7.5), particle size ranges (0.10 ± 0.02, 0.18 ± 0.02 and 0.26 ± 0.02 mm), deacetylation degree (42 ± 5%, 64 ± 3% and 84 ± 3%) and temperature (25, 35 and 45 °C) were investigated. Langmuir, Freundlich and Redlich–Peterson (R–P) adsorption models were applied in order to describe the experimental isotherms and isotherm constants. Coefficients of determination (R2 > 0.95) and mean relative error (MRE < 0.10) values showed that Langmuir and R–P models presented better fit with the experimental data. The maximum monolayer adsorption value has been found to be 529 mg g−1, at pH 6.6, temperature 35 °C, particle size range 0.10 ± 0.02 mm, and deacetylation degree 84 ± 3%.
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Adsorption of food dyes onto chitosan: Optimization process and kinetic
(Elsevier, 2011) Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Adsorption of food dyes acid blue 9 and food yellow 3 onto chitosan was optimized. Chitosan was obtained from shrimp wastes and characterized.Afull factorial design was used to analyze the effects of pH, stirring rate and contact time in adsorption capacity. In the optimal conditions, adsorption kinetics was studied and the experimental data were fitted with three kinetic models. The produced chitosan showed good characteristics for dye adsorption. The optimal conditions were: pH 3, 150rpm and 60 min for acid blue 9 and pH 3, 50rpm and 60 min for food yellow 3. In these conditions, the adsorption capacities values were 210mgg−1 and 295mgg−1 for acid blue 9 and food yellow 3, respectively. The Elovich kinetic model was the best fit for experimental data and it showed the chemical nature of dyes adsorption onto chitosan.
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Analysis of mass transfer kinetics in the biosorption of synthetic dyes onto Spirulina platensis nanoparticles
(2012) Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
In this research, the mass transfer kinetics for the biosorption of synthetic dyes (acid blue 9 and FD&C red no. 40) by Spirulina platensis nanoparticles was analyzed under different experimental conditions. The external mass transfer model (EMTM) and the homogeneous solid diffusion model (HSDM) were employed to study the mass transfer kinetics and also to estimate the values of external mass transfer coefficient (kf) and intraparticle diffusion coefficient (Dint). The Biot number (Bi) was used to verify the importance of external mass transfer in relation to intraparticle diffusion. The values of external mass transfer coefficient (kf) ranged from 1.67 × 10−6 to 11.40 × 10−6 cm s−1 and the intraparticle diffusion coefficient (Dint) ranged from 0.70 ×10−14 to 4.30 ×10−14 cm2 s−1. The Biot numbers (0.53 ≤ Bi ≤ 10.33) showed that, for both dyes, the biosorption onto S. platensis nanoparticles was controlled simultaneously by external mass transfer and intraparticle diffusion.
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Application of chitosan ﬁlms for the removal of food dyes from aqueous solutions by adsorption
(Elsevier, 2013) Dotto, Guilherme Luiz; Moura, Jaqueline Motta de; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'Anna; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Chitosan films were applied to remove acid red 18 and FD&C blue no. 2 dyes from aqueous solutions. The films were prepared by casting technique and characterized. Batch adsorption equilibrium experiments were carried out at different temperatures (298–328 K). Freundlich, Langmuir and Redlich–Peterson models were fitted to the experimental data. The thermodynamic parameters (ΔG0, ΔH0 and ΔS0) were also estimated. Kinetic study was realized using pseudo-first order, pseudo-second order and Elovich models. The possible films–dyes interactions were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry and color parameters. The maximum experimental adsorption capacities were 194.6 mg g−1 and 154.8 mg g−1 for the acid red 18 and FD&C blue no. 2, respectively, obtained at 298 K. It was found that the Redlich–Peterson isotherm model presented satisfactory fit with the experimental data (R2 > 0.98 and ARE < 9.00%). The adsorption process was spontaneous, favorable, exothermic, and occurred by electrostatic interactions. The Elovich model was the more appropriate to represent the adsorption kinetic data (R2 > 0.95 and ARE < 5.00%). The chitosan films maintained its structure and were easily separated from the liquid phase after the adsorption process.
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Avaliação da hidrólise alcalina da quitina e elaboração de filmes de quitosana para aplicação na adsorção do corante têxtil reativo preto 5
(2014) Moura, Jaqueline Motta de; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Dotto, Guilherme Luiz
Nesta pesquisa, diferentes amostras de quitosana foram produzidas por diferentes condições de hidrólise alcalina da quitina. A partir das amostras de quitosana foram produzidos filmes,sendo estes aplicados na adsorção do corante têxtil reativo preto 5 e os resultados foram comparados com os dos seus respectivos pós. Os valores das massas molares da quitosana aumentaram em função do aumento do diâmetro da quitina e diminuíram com o aumento da relação de solução NaOH:quitina, da concentração de NaOH e tempo de reação, e ficaram na faixa de 100 a 200 kDa. Um comportamento inverso foi observado para o grau de desacetilação da quitosana, e seus valores variaram de 65 a 95%. Quanto aos filmes biopoliméricos elaborados, os que apresentaram melhores valores quanto as suas propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água foram os filmes produzidos com quitosana de mais elevada massa molar e menor grau de desacetilação. A fim de avaliar o comportamento dos filmes em processos de adsorção, estes foram aplicados na remoção do corante reativo preto 5 (RB5) em diferentes condições de pH (4, 6 e 8). Após, foram escolhidos quatro filmes de quitosana (FQ), com diferentes graus de desacetilação e massas molares, que foram comparados com as quitosanas na forma de pó (PQ) no estudo de adsorção. Este foi realizado sob diversas condições experimentais (pH, temperatura e taxa de agitação) através das isotermas de equilíbrio, da termodinâmica e da cinética. Análises de interação e ciclos de adsorção-dessorção também foram realizados. Verificou-se que PQ e FQ com grau de desacetilação de 95% e massa molar de 100 kDa foram os adsorvente mais adequados, apresentando mais de 99% de remoção do corante RB5 em pH 4,0. Para ambos, PQ e FQ, o modelo de Langmuir foi o mais adequado para representar os dados de equilíbrio. As capacidades máximas de adsorção foram 654,3 e 589,5 mg g-1 para PQ e FQ, respectivamente, obtidos a 298 K. O processo de adsorção foi espontâneo, favorável e exotérmico. A adsorção de RB5 para PQ e FQ seguiu o modelo cinético de Elovich,e ocorreram interações eletrostáticas do PQ-RB5 e do FQ-RB5. Os filmes de quitosana foram reutilizados três vezes, enquanto que a quitosana em pó não pode ser reutilizada.
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Biossorção de corantes alimentícios utilizando nanopartículas de Spirulina platensis
(2012) Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Neste trabalho foi verificado o potencial de aplicação de nanopartículas de S. platensis para a remoção de três corantes alimentícios de soluções aquosas pelo processo de biossorção. Primeiramente, as nanopartículas foram preparadas, caracterizadas e tiveram seu potencial de biossorção comparado com micropartículas de S. platensis. Em seguida, a biossorção dos corantes pelas nanopartículas foi avaliada em diversas condições experimentais mediante estudos sequenciais de isotermas de equilíbrio, termodinâmica, otimização estatística e cinética. Por fim, foram elucidados o mecanismo de transferência de massa do processo e as interações entre as nanopartículas e os corantes. Os resultados mostraram que as nanopartículas podem ser preparadas pela técnica de agitação mecânica utilizando taxa de agitação de 10000 rpm por 20 min. Nestas condições foram obtidas nanopartículas, estáveis, monodispersas com diâmetro médio de 215,6 nm e forma elipsoidal-esférica. As nanopartículas de S. platensis apresentaram potencial superior em relação às micropartículas para a biossorção dos três corantes. O estudo das isotermas mostrou que a biossorção foi favorecida em meio ácido e temperatura de 25 °C, sendo o modelo de Sips o mais adequado para representar os dados experimentais. A biossorção dos três corantes pelas nanopartículas foi um processo espontâneo, favorável e exotérmico. As condições ótimas para a biossorção foram pH 2, 400 rpm e 100 min para os corantes amarelo tartrazina e azul brilhante, e pH 2, 225 rpm e 100 min para o corante vermelho n° 40. Nestas condições, as capacidades de biossorção foram, respectivamente, 228,2, 1653,0 e 400,3 mg g-1 , para os corantes amarelo tartrazina, azul brilhante e vermelho n° 40. O modelo cinético de Avrami foi o mais adequado para representar a biossorção dos três corantes pelas nanopartículas. A transferência de massa externa e a difusão intrapartícula atuaram simultaneamente na biossorção dos três corantes pelas nanopartículas, sendo que, o principal mecanismo difusivo intrapartícula foi a difusão superficial. A biossorção dos três corantes pelas nanopartículas de S. platensis, em condições ácidas, ocorreu principalmente por quimiosorção. Os grupamentos amina e hidroxila das nanopartículas foram responsáveis pela interação com os corantes. Os resultados apresentados nesta pesquisa mostram que as nanopartículas de S. platensis são um potencial nanobioadsorvente que pode ser utilizado no pós-tratamento de efluentes contendo corantes alimentícios.
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Chitosan scaffold as an alternative adsorbent for the removal of hazardous food dyes from aqueous solutions
(Elsevier, 2014) Esquerdo, Vanessa Mendonça; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'Anna; Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Hypothesis: The dye adsorption with chitosan is considered an eco-friendly alternative technology in relation to the existing water treatment technologies. However, the application of chitosan for dyes removal is limited, due to its low surface area and porosity. Then we prepared a chitosan scaffold with a megaporous structure as an alternative adsorbent to remove food dyes from solutions. Experiments: The chitosan scaffold was characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and structural characteristics. The potential of chitosan scaffold to remove five food dyes from solutions was investigated by equilibrium isotherms and thermodynamic study. The scaffold–dyes interactions were elucidated, and desorption studies were carried out. Findings: The chitosan scaffold presented pore sizes from 50 to 200 lm, porosity of 92.2 ± 1.2% and specific surface area of 1135 ± 2 m2 g 1. The two-step Langmuir model was suitable to represent the equilibrium data. The adsorption was spontaneous, favorable, exothermic and enthalpy-controlled process. Electrostatic interactions occurred between chitosan scaffold and dyes. Desorption was possible with NaOH solution (0.10 mol L 1). The chitosan megaporous scaffold showed good structural characteristics and high adsorption capacities (788–3316 mg g 1).
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Comparison of Spirulina platensis microalgae and commercial activated carbon as adsorbents for the removal of Reactive Red 120 dye from aqueous effluents
(2012) Cardoso, Natali Farias; Lima, Eder Claudio; Royer, Betina; Bach, Marta; Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Calvete, Tatiana
Spirulina platensis microalgae (SP) and commercial activated carbon (AC) were compared as adsorbents to remove Reactive Red 120 (RR-120) textile dye from aqueous effluents. The batch adsorption system was evaluated in relation to the initial pH, contact time, initial dye concentration and temperature. An alternative kinetic model (general order kinetic model) was compared with the traditional pseudo-first order and pseudo-second order kinetic models. The equilibrium data were fitted to the Langmuir, Freundlich and Liu isotherm models, and the thermodynamic parameters were also estimated. Finally, the adsorbents were employed to treat a simulated dye-house effluent. The general order kinetic model was more appropriate to explain RR-120 adsorption by SP and AC. The equilibrium data were best fitted to the Liu isotherm model. The maximum adsorption capacities of RR-120 dye were found at pH 2 and 298 K, and the values were 482.2 and 267.2 mg g−1 for the SP and AC adsorbents, respectively. The thermodynamic study showed that the adsorption was exothermic, spontaneous and favourable. The SP and AC adsorbents presented good performance for the treatment of simulated industrial textile effluents, removing 94.4–99.0% and 93.6–97.7%, respectively, of the dye mixtures containing high saline concentrations.
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Diffusional mass transfer model for the adsorption of food dyes on chitosan films
(Elsevier, 2014) Dotto, Guilherme Luiz; Buriol, Celene; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
The adsorption kinetics of erythrosine B and indigo carmine on chitosan films was studied by a diffusional mass transfer model. The experimental curves were obtained in batch system under different conditions of stirring rate (80–200 rpm) and initial dye concentration (20–100 mg L−1). For the model development, external mass transfer and intraparticle diffusion steps were considered and the specific simplifications were based on the system characteristics. The proposed diffusional mass transfer model agreed very well with the experimental curves, indicating that the surface diffusion was the rate limiting step. The external mass transfer coefficient (kf) was dependent of the operating conditions and ranged from 1.32 × 10−4 to 2.17 × 10−4 m s−1. The values of surface diffusion coefficient (Ds) increased with the initial dye concentration and were in the range from 0.41 × 10−14 to 22.90 × 10−14 m2 s−1. The Biot number ranged from 17.0 to 478.5, confirming that the intraparticle diffusion due to surface diffusion was the rate limiting step in the adsorption of erythrosine B and indigo carmine on chitosan films.
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Efeitos da temperatura e do tipo de adsorvente na etapa de branqueamento dos refinos químico e físico do óleo de arroz (Oryza Sativa L.)
(2018) Strieder, Monique Martins; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Dotto, Guilherme Luiz
Dentre os óleos vegetais, o óleo de arroz destaca-se porque além de apresentar mais de 75% de sua composição em ácidos graxos insaturados, também possui γ-orizanol, que tem sido amplamente estudado devido aos seus efeitos benéficos ao organismo humano. Porém, nas operações químicas do refino, perde-se mais de 90% do conteúdo deste composto, sendo interessante utilizar operações físicas a fim de preservar este. Além disso, na etapa de branqueamento, que visa a remoção de pigmentos, condições de operações precisam ser elucidadas. A temperatura é um fator importante pois a operação é endotérmica e, além disso, o calor cedido pode promover oxidações nos óleos. Como adsorvente, as terras clarificantes utilizadas pela indústria, apresentam problemas com relação ao seu custo e posterior descarte. Deste modo, os objetivos deste trabalho foram estudar a temperatura de branqueamento nos refinos químico e físico do óleo de arroz, assim como produzir, caracterizar e utilizar adsorventes de quitosana, de nylon-6 e suas blendas para este fim. As temperaturas de 80, 95 e 110°C foram testadas no branqueamento de óleo de arroz, no refino químico (branqueamento do óleo neutralizado industrial) e no refino físico (branqueamento do óleo degomado industrial). Os ensaios foram realizados em batelada, utilizando 30 g de óleo de arroz, 1% de terra ativada, sob agitação constante de 40 rpm e vácuo de 710 mmHg, durante o tempo de 20 min. Os adsorventes de blendas de quitosana e nylon-6 foram produzidos utilizando-se as proporções de 100:0%, 25:75%, 50:50%, 75:25% e 0:100%. Estes foram testados no branqueamento de óleo de arroz utilizando a melhor temperatura estudada. A qualidade dos óleos foi avaliada através de sua caracterização em relação aos seus índices de acidez, peróxido, anisidina, saponificação e iodo; teores de γ-orizanol, carotenoides e clorofilas; dos seus grupamentos funcionais; e características térmicas. Os adsorventes foram caracterizados quanto a sua composição de grupos funcionais, área superficial e diâmetro de poros, propriedades mecânicas, morfológicas e térmicas. Como resultado, a temperatura de 95°C foi a melhor para o branqueamento de óleo de arroz, e nesta temperatura obteve-se a maior remoção de compostos de oxidação e de pigmentos. O óleo obtido no refino físico manteve maiores teores de γ-orizanol e carotenoides, porém apresentou um alto conteúdo de compostos de oxidação devido à presença destes no óleo degomado. Dentre os adsorventes produzidos de nylon-6 e quitosana a proporção de 50:50 foi a melhor para remoção de peróxidos e pigmentos. Esta proporção removeu cerca de 36% de peróxidos e 46% de clorofilas no refino químico, podendo ser reutilizado três vezes sem perda de eficiência. No branqueamento físico, utilizando este mesmo adsorvente, obteve-se resultados melhores do que utilizando a terra ativada, onde conseguiu-se manter o conteúdo de γ-orizanol e ainda remover cerca de 37% das clorofilas. Sendo assim, conclui-se que o refino físico é viável para manter γ-orizanol e carotenoides em maiores proporções no óleo, porém é necessário obter um óleo bruto com menor oxidação para se atingir os limites máximos de oxidação estabelecidos pela legislação.
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Equilibrium and thermodynamics of azo dyes biosorption onto Spirulina platensis
(Abeq, 2013) Dotto, Guilherme Luiz; Vieira, Mery Luiza Garcia; Esquerdo, Vanessa Mendonça; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
The equilibrium and thermodynamics of azo dye (tartrazine and allura red) biosorption onto Spirulina platensis biomass were investigated. The equilibrium curves were obtained at 298, 308, 318 and 328 K, and four isotherm models were fitted the experimental data. Biosorption thermodynamic parameters (ΔG, ΔH and ΔS) were estimated. The results showed that the biosorption was favored by a temperature decrease. For both dyes, the Sips model was the best to represent the equilibrium experimental data (R2>0.99 and ARE<5.0%) and the maximum biosorption capacities were 363.2 and 468.7 mg g-1 for tartrazine and allura red, respectively, obtained at 298 K. The negative values of ΔG and ΔH showed that the biosorption of both dyes was spontaneous, favorable and exothermic. The positive values of ΔS suggested that the system disorder increases during the biosorption process.
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Evaluation of mechanical properties and water vapor permeability in Chitosan biofilms using Sorbitol and Glycerol
(Wiley-VHC, 2012) Moura, Catarina Motta de; Moura, Jaqueline Motta de; Santos, Jaqueline Pozzada dos; Kosinski, Roberta da Costa; Dotto, Guilherme Luiz; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Chitosan biofilms were prepared with and without plasticizer (glycerol and sorbitol). The physical and mechanical properties of chitosan biofilms with and without plasticizer were evaluated. Chitosan was obtained from shrimp wastes and characterized. The film forming solution (FFS) was obtained through chitosan dissolution and drying. The solution had its pH adjusted to 6.0 and oven dried (40 8C, 24 h) with forced air circulation. Chitosan biofilms without plasticizer showed a tensile strength about 36% higher than biofilms produced with plasticizer. On the other hand, biofilms with plasticizer presented superior values of elongation. The permeability of the water vapor and color presented significant difference (p<0.05) between all biofilms. Chitosan/plasticizer biofilms showed higher values of water vapor permeability in relation to chitosan biofilms without plasticizer.
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Kinetic studies on the biosorption of phenol by nanoparticles from Spirulina sp. LEB 18
(2013) Dotto, Guilherme Luiz; Costa, Jorge Alberto Vieira; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
A kinetic study on the biosorption of phenol by nanoparticles from Spirulina sp. LEB 18 was carried out. The Spirulina sp. nanoparticles were prepared and characterized. Kinetic curves of phenol biosorption were obtained in batch system, being verified the effects of initial concentration (50, 150, 250 and 450 mg L 1) and stirring rate (50, 200 and 400 rpm). The models of pseudo-first order, pseudo-second order, Elovich, Bangham, general order and Weber–Morris were used for the kinetic interpretations. Spirulina sp. nanoparticles were stable, monodisperse, spherical with mean diameter of 230 nm. The phenol biosorption was a relatively fast process, being favored at higher values of initial concentration and stirring rate. Pseudo-second order and general order models showed satisfactory fit with the experimental data and the maximum biosorption capacity was around 101 mg g 1. From the Weber– Morris analysis, it was found that external mass transfer and intraparticle diffusion occurred during the phenol biosorption on Spirulina sp. nanoparticles. The externalmass transfer was faster at higher values of initial concentration and stirring rate, and the intraparticle diffusion was favored at high initial concentrations.
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Kinetics and mechanism of the food dye FD&C Red 40 adsorption onto chitosan
(ACS, 2011) Piccin, Jeferson Steffanello; Dotto, Guilherme Luiz; Vieira, Mery Luiza Garcia; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
The kinetics and mechanism of the food dye disodium 6-hydroxy-5-((2-methoxy-5-methyl-4-sulfophenyl)azo)-2-naphthalenesulfonate (FD&C Red 40) adsorption onto chitosan were studied. The effects of pH (5.7 to 7.4), chitosan dosage [(250 to 500) mg 3 L 1], deacetylation degree (42 % to 84 %), and particle size [(0.10 to 0.26)mm] were investigated. The adsorption reaction models were used to evaluate the kinetic behavior. Infrared analysis and models based on mass transfer phenomena were used to investigate the adsorption mechanism. The maximum adsorption capacity (300 mg 3 g 1 ) was found at a pH 5.7, chitosan dosage of 250 mg 3 L 1 , deacetylation degree of 84 %, and particle size of 0.10 mm. Pseudosecond-order and Elovich models were the most appropriate to fit the experimental data of adsorption kinetics. The adsorption process was controlled by intraparticle diffusion, film diffusion, or convection according to the experimental conditions. Infrared analysis showed the chemical interaction between chitosan and food dye FD&C Red 40.
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Preparation of bionanoparticles derived from Spirulina platensis and its application for Cr (VI) removal from aqueous solutions
(Elsevier, 2012) Dotto, Guilherme Luiz; Cadaval Junior, Tito Roberto Sant'Anna; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
Spirulina platensis nanoparticles were prepared by mechanical agitation and were applied to removal Cr (VI) from aqueous solutions. Nanoparticles preparation was function of stirring rate and contact time. In the optimal conditions, Cr (VI) removal by nanoparticles as a function of pH and initial ion concentration was carried out. The optimal conditions for preparation were 10,000 rpm and 20 min, and the nanoparticles presented mean diameter of 215.6 nm and polydispersity index of 0.151. The best conditions for Cr (VI) removal were at pH 4 and ion concentration of 250 mg L 1, and the Cr (VI) removal percentage was 99.1%.
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Quitosana imobilizada em suporte inerte para a adsorção de corantes alimentícios em coluna de leito fixo
(2014) Vieira, Mery Luiza Garcia; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Dotto, Guilherme Luiz
O uso de corantes sintéticos na indústria de alimentos tem provocado transtornos à saúde humana e ao meio ambiente. A quitosana pode ser imobilizada em matrizes sólidas e aplicada na remoção de corantes em coluna de leito fixo. A análise da dinâmica de uma coluna de leito fixo é baseada na curva de ruptura, esta é dependente da geometria da coluna, das condições operacionais e dos dados de equilíbrio. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar o recobrimento de esferas de vidro por quitosana e sua aplicação como adsorvente de corantes em coluna de leito fixo. No estudo do recobrimento avaliaram-se os efeitos da concentração de quitosana e dos métodos de cura. As esferas recobertas foram aplicadas em ensaios de adsorção estático e dinâmico. Inicialmente, avaliou-se o equilíbrio de adsorção através da construção de isotermas e ajuste de modelos, e após, avaliaram-se os efeitos do tipo de cura e do grau de desacetilação da quitosana. Em seguida, foram analisados os efeitos do tipo de corante e do pH, e o comportamento cinético da adsorção pela construção de curvas de ruptura e ajuste de modelos dinâmicos. A influência da altura do leito e da concentração inicial de corante sobre os parâmetros da adsorção em leito fixo foram analisados através da metodologia de superfície de resposta (MSR). Ao final, estudou-se a regeneração da coluna. Os resultados mostraram que os maiores percentuais de recobrimento foram obtidos pelos métodos físico e físico/químico, na concentração de quitosana de 0,5% (m/v). Nestas condições o percentual de recobrimento foi de 46%. Nas imagens da superfície das esferas (MEV) observou-se que as mesmas foram recobertas de forma homogênea pela quitosana. As isotermas de equilíbrio obtidas foram classificadas como do tipo V, sendo o modelo de Sips o mais adequado para representar os dados experimentais. As capacidades máximas de adsorção foram 337 mg g-1, 286 mg g-1 e 200 mg g-1 para os corantes amarelo tartrazina, amarelo crepúsculo e vermelho 40, respectivamente. A aplicação das esferas recobertas com quitosana em leito fixo mostrou-se mais adequada utilizando o método de cura físico/químico e quitosana com grau de desacetilação de 85%. A máxima capacidade de adsorção da coluna em função do corante e do pH variou de 13 a 108 mg g–1. Os modelos BDST (bed–depth–service–time), Thomas e Yoon–Nelson foram adequados para representar os dados experimentais. De acordo com a MSR, o melhor desempenho do leito foi com altura de 30 cm e concentração inicial de corante de 50 mg L-1. Nestas condições, obteve-se tempo de ruptura de 88 min, máxima capacidade da coluna de 108 mg g-1 e remoção de 86 %. Na regeneração da coluna observou-se que cerca de 75% da capacidade máxima da coluna foi mantida após cinco ciclos de adsorção–eluição. Diante do exposto, a coluna de leito fixo empacotada com esferas recobertas com quitosana mostrou-se promissora na remoção de corantes de soluções aquosas.
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Remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário utilizando quitosana modificada com cianoguanidina como adsorvente
(2015) Gonçalves, Janaína Oliveira; Pinto, Luiz Antonio de Almeida; Dotto, Guilherme Luiz
Os estudos de adsorção de corantes alimentícios de soluções aquosas geralmente estão voltados para a remoção de um corante específico, porém, as misturas binárias são mais realistas para simular efluentes industriais. A adsorção de corantes com quitosana é considerada uma tecnologia alternativa eco amigável, e quando a estrutura da quitosana é modificada quimicamente, resulta em um adsorvente mais adequado. A reticulação da quitosana com cianoguanidina apresenta vantagens, como melhoria na estabilidade em soluções ácidas e diminuição do custo do adsorvente. Nesta pesquisa, o objetivo do trabalho foi modificar a quitosana com cianoguanidina para remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário. A fim de verificar o comportamento dos adsorventes na operação de adsorção, foram preparadas amostras de quitosana com diferentes graus de desacetilação (75%, 85% e 95%), e após, foram realizadas modificações destas amostras com cianoguanidina. Os adsorventes foram caracterizados e aplicados para a adsorção de azul indigotina e amarelo tatrazina em sistema aquoso binário e em sistema simples. O efeito do pH e do grau de desacetilação foram verificados para a remoção dos corantes por quitosana com e sem modificação em sistema simples e binário. Curvas de equilíbrio foram obtidas em diferentes temperaturas e o modelo estendido de Langmuir foi ajustado aos dados experimentais. O comportamento cinético foi avaliado através dos modelos pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Avrami. Os parâmetros termodinâmicos foram determinados e estudos de dessorção do adsorvente foram realizados. O pH mais adequado foi 3, e o melhor grau de desacetilação foi 95% para ambos os sistemas aquosos e adsorbatos. As capacidades de adsorção da quitosana sem e com modificação não apresentaram diferença significativa. O modelo de Langmuir estendido apresentou ajuste adequado às curvas de equilíbrio e as máximas capacidades de adsorção foram 595,3 e 680,0 mg g-1, obtidas à 25ºC, para o os corantes azul indigotina e amarelo tatrazina, respectivamente. O modelo de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados cinéticos de adsorção. A dessorção do adsorvente foi possível por dois ciclos, mantendo sua capacidade de adsorção em 209,7 mg g-1 no primeiro ciclo e 200,2 mg g-1 no segundo ciclo. A quitosana modificada com cianoguanidina apresentou-se como um adsorvente promissor para a remoção de corantes alimentícios em sistema binário.
Item
Remoção dos corantes azul brilhante, amarelo crepúsculo e amarelo tartrazina de soluções aquosas utilizando carvão ativado, terra ativada, terra diatomácea, quitina e quitosana: estudos de equilíbrio e termodinâmica
(Sociedade Brasileira de Química, 2011) Dotto, Guilherme Luiz; Vieira, Mery Luiza Garcia; Gonçalves, Janaína Oliveira; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
This work compared activated carbon, activated earth, diatomaceous earth, chitin and chitosan to removal acid blue 9, food yellow 3 and FD&C yellow n° 5 dyes from aqueous solutions with different pH values (2-10). In the best process condition for each dye, equilibrium studies were carried out at different temperatures (from 298 to 328 K) and Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin and Dubinin-Radushkevich models were fitted with experimental data. In addition, entropy change, Gibbs free energy change and enthalpy change were obtained in order to verify the thermodynamic adsorption behavior.