Browsing by Author "Tonucci, Marina Caldeira"

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    Activated carbons from agricultural by products (pine tree and coconut shell), coal, and carbon nanotubes as adsorbents for removal of sulfamethoxazole from spiked aqueous solutions : kinetic and thermodynamic studies.
    (2015) Tonucci, Marina Caldeira; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Aquino, Sergio Francisco de
    In this study, four different adsorbent materials: commercial powdered activated carbon (PAC) from pine tree (PAC-I) and coconut shell (PAC-III) agricultural crop wastes, coal (PAC-II), and carbon nanotubes (CNT) were tested and compared for the removal of sulfamethoxazole (SMX) from spiked aqueous solutions. The kinetic, extrathermodynamic, and thermodynamic parameters for the adsorption of SMX on PACs and CNT were also determined. The results indicate that PAC-I was the best adsorbent for SMX adsorption. SMX adsorption was only favorable with PAC-I and CNT, leading to Gibbs free energies in the range of −39 to −44 kJ mol−1 and showing that the adsorption process was spontaneous in all temperature ranges (15–45 ◦C) tested. Langmuir model best described SMX adsorption on PAC-I and led to maximum adsorption capacity of∼131mgg−1 (at 25 ◦C), which was∼4.6 times higher than that observed for CNT. The mechanism of SMX adsorption on PAC-I and CNT was suggested with basis on thermodynamic and extrathermodynamic parameters. The kinetic studies showed the pseudo-second-order model best described SMX adsorption, yielding k2 values of 0.0035 and 0.0016 gmg−1 min−1 for PAC-I and CNT, respectively.
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    Adsorção de diclofenaco, estradiol e sulfametoxazol em carvões ativados e nanotubos de carbono : estudos cinéticos e termodinâmicos.
    (2014) Tonucci, Marina Caldeira; Aquino, Sergio Francisco de
    Neste trabalho foram determinados os parâmetros cinéticos e termodinâmicos da adsorção de três fármacos (sulfametoxazol (SMX), diclofenaco (DCF) e estradiol (E2)) em três tipos de carvão ativado em pó (pinus, CAPI; mineral, CAPII; e casca de coco, CAPIII) e nanotubos de carbono (NTC). Os resultados indicaram que não houve a formação de NTC de boa qualidade e por consequência a adsorção em NTC foi desfavorável para os fármacos estudados, ao passo que o CAPI foi o melhor carvão dentre os testados, provavelmente porque é básico e apresenta diâmetro médio dos poros (12,09 Å) compatível com o tamanho (10 a 12 Å) dos fármacos testados. A adsorção dos três fármacos com CAPI se mostrou favorável, com energia livre de Gibs na faixa de -28 a -30 kJ.mol-1. Os ensaios de adsorção com CAPI conduzidos a 25 oC indicaram valores de capacidade máxima (QMAX) de 135,94; 259,63 e 73,83 mg.g-1 para SMX, DCF e E2, respectivamente. Langmuir foi o melhor modelo de equilíbrio para descrever a adsorção de SMX, sendo que para, DCF e E2, o modelo de Freundlich foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais. Os dados indicam que, provavelmente, houve interação eletrostática entre o CAPI e os fármacos SMX e DCF, ao passo que para o E2 a adsorção ocorreu por fracas forças de van der Waals. Para os estudos cinéticos o modelo de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou a todos os fármacos, com tempo de equilíbrio de 120 min. O estudo de competição adsortiva mostrou que a adsorção de E2 foi prejudicada pela presença do SMX e DCF, que, comparado aos estudos monocomponentes, foram adsorvidos em menor quantidade pelo CAPI, com valores de QMAX de apenas 16 e 14 mg.g-1, respectivamente.
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    Fármacos e desreguladores endócrinos em águas brasileiras : ocorrência e técnicas de remoção.
    (2017) Lima, Diego Roberto Sousa; Tonucci, Marina Caldeira; Libânio, Marcelo; Aquino, Sergio Francisco de
    As ações antrópicas têm fomentado a presença de diversos microcontaminantes nos corpos d’água. Desses, mais recentemente, os fármacos e os desreguladores endócrinos têm chamado a atenção da comunidade científica acerca da crescente exposição dos corpos d’água a esses fármacos e desreguladores. As fontes de contaminação englobam produtos de limpeza e higiene pessoal, fármacos de diversas classes, hormônios naturais e seus subprodutos, além de diversas substâncias aplicadas na produção de plásticos e resinas, presentes nos esgotos sanitários, lixiviados de aterro e efluentes industriais. Nessa perspectiva, o artigo presta-se a compilar os dados de ocorrências desses microcontaminantes em águas brasileiras naturais e tratadas assim, como a discutir a eficiência de diferentes técnicas de tratamento de água na remoção de tais contaminantes.
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    Hydrogen production by Enterobacter sp. LBTM 2 using sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate and a synthetic substrate : understanding and controlling toxicity.
    (2021) Rincon, Ivon Maritza Campos; Zorel, José Augusto; Menegatto, Marília Bueno da Silva; Silva, Flaviane Cristina; Herrera Adarme, Oscar Fernando; Tonucci, Marina Caldeira; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Aquino, Sergio Francisco de; Silva, Silvana de Queiroz
    Sugars released by thermochemical pretreatment of lignocellulosic biomass are possible substrate for hydrogen production. However, the major drawback for bacterial fermentation is the toxicity of weak acids and furan derivatives normally present in such substrate. This study aimed to investigate the metabolism involved in hydrogen production by the isolate Enterobacter LBTM2 using 10, 20 and 30-fold diluted synthetic (SH) and sugarcane bagasse hemicellulose (SBH) hydrolysates. In addition, the effects of acetic acid, formic acid and furfural on the bacterial metabolism, as well as detoxification of SBH with activated carbon and molecularly imprinted polymers on the hydrogen production were assessed. The results showed the best hydrogen yield was 0.46 mmol H2 /mmol sugar for 20-times diluted SH, which was 2.3-times higher than obtained in SBH experiments. Bacterial growth and hydrogen production were negatively affected by 0.8 g/L of acetic acid when added alone, but were totally inhibited when formic acid (0.4 g/L) and furfural (0.3 g/L) were also supplied. However the maximum hydrogen production of SBH20 has duplicated when 3% of powdered activated carbon was added to the SBH experiment. The results presented herein can be helpful in understanding the bottlenecks in biohydrogen production and could contribute towards development of lignocellulosic biorefinery.
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    Influence of synthesis conditions on the production of molecularly imprinted polymers for the selective recovery of isovaleric acid from anaerobic effluents.
    (2018) Tonucci, Marina Caldeira; Fidélis, Ana Luíza S.; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Tarley, César Ricardo Teixeira; Aquino, Sergio Francisco de
    Two molecularly imprinted polymers (MIPs) – poly(methacrylic acid‐co‐TRIM) (TRIM, trimethylolpropanetrimethacrylate) and poly(acylamide‐co‐TRIM) – were synthesized in different solvents for the selective recovery of isovaleric acid (template) generated during the anaerobic digestion process. The chemical and structural characterizations of the synthetic adsorbent were carried out by Fourier transform infrared spectroscopy, TGA and porosimetry through N2 adsorption–desorption isotherms. The selective and adsorptive performances of the imprinted polymers were evaluated by kinetic, isothermal, thermodynamic and selectivity studies and by adsorbent reuse experiments. The poly(methacrylic acid‐co‐TRIM) synthesized with dimethyl sulfoxide:chloroform presented higher selectivity and adsorption capacity for isovaleric acid in the presence of six volatile fatty acids. The kinetic results were well adjusted to the pseudo‐nth order and intraparticle diffusion models, leading to k values of 10−4 and 6 × 10−5 for the best synthesis of MIPs and not‐imprinted polymers, respectively. Moreover, the Sips model best described the adsorption isotherm and generated a maximum adsorption capacity of ca 209 mg g−1 (at 25 °C). Cycles of MIP use–desorption–reuse indicated that the selective adsorbent performed better than commercial adsorbents, losing less than 3% of adsorption capacity after three cycles.
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    Removal of estradiol from water with a hybrid MIP-TiO2 catalytic adsorbent.
    (2020) Tonucci, Marina Caldeira; Xavier, Leandro Pablo dos Santos; Silva, Adilson Cândido da; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo
    17β-Estradiol (E2) is one of the main compounds responsible for estrogenic activities in sewage and natural waters and has been found in these matrices all around the world, thereby justifying the development of technologies for its removal. In this work, pure or TiO2-containing molecularly imprinted polymers (MIPs) and non-imprinted polymers (NIPs) were prepared using E2 as template. The materials were characterized by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, adsorption/desorption of N2, and scanning electron microscopy (SEM). The characterization analyses showed that TiO2 was incorporated in the polymers and that all materials could be characterized as mesoporous and had surface areas ranging from 238 to 279 m2 g−1 . Adsorp tion studies showed MIP-TiO2 had a high capacity to adsorb E2 from the water phase leading to qmax values of 15.16 to 26.49 mg g−1 at temperatures from 25 to 45 °C, respectively. In addition, the thermodynamic study showed that the adsorption process is endothermic, spontaneous, and entropically driven. The results also showed that the presence of TiO2 decreases the adsorption performance of MIP-TiO2 when compared with MIP (without the photocatalyst) during the adsorption. However, the application of MIP-TiO2 in a process of adsorption followed by photocatalysis resulted in 100% of E2 removal allowing the reuse of adsorbent. In addition, MIP-TiO2 maintained its E2 removal capacity even after five cycles of regeneration–reuse, which shows the ability of UV light to regenerate the specific adsorption sites. The results presented in this paper show MIP-TiO2 has potential to be applied in water treatment systems to remove E2.
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    Synthesis of hybrid magnetic molecularly imprinted polymers (HMMIP) for the selective adsorption of volatile fatty acids (VFA) from anaerobic effluents.
    (2020) Tonucci, Marina Caldeira; Herrera Adarme, Oscar Fernando; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Tarley, César Ricardo Teixeira
    A novel magnetic, structured (with ordered pores) and hybrid imprinted polymer (HMMIP) was synthesized to selectively adsorb volatile fatty acids (VFAs) from aqueous matrices. Usual characterization techniques showed that a mesoporous adsor bent was obtained with relatively low specific areas but that could selectively (imprinting factor of 1.64) remove isovaleric acid (used as template) from aqueous solutions and effluents containing VFAs with a good capacity (Qe ~ 50 mg g−1 ). From kinetic studies a pseudo-nth-order model showed the best fit to the experimental data and resulted in kn = 3 equal to 8 × 10−4 g mg−1 min−1 whereas thermodynamic studies indicated that the adsorption of isovaleric acid onto HMMIP was endo thermic and entropically driven. Reuse studies indicated that HMMIP loaded with VFA could be efficiently regenerated with acetone–water solution which led to an adsorption loss of ca 10% after three regeneration/reuse cycles and that the magnetic and specific adsorbent could be removed from complex matrices with an efficiency of ca 77%. Biochemical methane production assays showed that the addition of HMMIP to anaerobic batch reactors increased by four times the methane production due to the selective adsorption of VFAs.
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    Uso de polímeros molecularmente impressos (MIP) para recuperação seletiva de ácidos graxos voláteis (AGV) produzidos no tratamento anaeróbio.
    (2019) Tonucci, Marina Caldeira; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Passos, Fabiana Lopes Del Rei; Tarley, César Ricardo Teixeira; Santiago, Aníbal da Fonseca; Gurgel, Leandro Vinícius Alves
    Os ácidos graxos voláteis (AGVs) produzidos durante o metabolismo anaeróbio podem levar ao mal funcionamento de reatores acarretando em baixa produção de biogás e menor remoção de demanda química de oxigênio (DQO). Por outro lado, alguns AGVs possuem elevado valor de mercado e, ao serem removidos poderiam, além de beneficiar o desempenho dos reatores anaeróbios, serem utilizados em diversas aplicações industriais. Pelo exposto, esta pesquisa objetivou sintetizar e caracterizar adsorventes seletivos, os polímeros molecularmente impressos (MIP), para serem aplicados como adsorventes de AGVs em sistemas anaeróbios operados em batelada ou sob alimentação contínua. Foram sintetizados diversos materiais e devido aos valores do parâmetros de eficiência de impressão (IF˃1,5) foram selecionados 5 materiais (dos quais: dois foram sintetizados via bulk em diferentes condições de síntese - MIP4 e MIP5 – e três foram sintetizados em síntese híbrida: um foi sintetizado em superfície magnética – MMIP - e dois foram sintetizados na presença de sílica, sendo um sem partículas magnéticas – HMIP – e um com partículas magnéticas - HMMIP. Com tais materiais realizou-se estudos de cinética, de isoterma, equilíbrio termodinâmicos, de seletividade, aplicabilidade e regeneração/reuso. Por fim, alguns materiais foram aplicados de diferentes formas a fim de avaliar a eficiência dos polímeros para remover os AGVs gerados em reatores anaeróbios. Os resultados evidenciam que o MMIP apresentou maior superfície específica e que todos os materiais sintetizados são mesoporosos, com exceção do MIP4 e HMIP. Os dados de cinética mostraram que os processos seguem o modelo de pseudo n ordem e que as constantes cinéticas (kn) dos MIPs foram sempre superiores às dos respectivos NIPs. O modelo de Sips foi o que melhor descreveu os dados e obteve valores de capacidade máxima de adsorção (Qmax) de 209,72;156,09; 68,89; 61,08 e 33,76 mg.g-1 para MIP5, MIP4, HMIP, HMMIP e MMIP, respectivamente à 25oC. Os dados termodinâmicos demonstraram que todos os processos são espontâneos, endotérmicos e entropicamente dirigidos. Os dados de seletividade apresentaram valores de coeficiente de seletividade relativa (k’) superiores a unidade, logo são materiais seletivos à ácido isovalérico (template escolhido para gerar uma cavidade seletiva não apenas a ele, mas aos principais AGVs) mesmo em meios com moléculas estruturalmente parecidas. As análises de aplicação dos adsorventes em batelada em efluente de reator anaeróbio apresentaram valores de Qe superiores para os polímeros quando comparados aos valores dos materiais comerciados analisados (resina de troca iônica e quitosana). Ao analisar a influência na produção de metano em reator anaeróbio na presença de HMMIP, foi possível notar um acréscimo de 66% na produção desse biogás. Tal resultado comprova que a remoção dos AGVs gerados e acumulados em reatores anaeróbios melhora a remoção da DQO e contribui para aumento da geração de biogás. Ademais foram analisados os tempos de sedimentabilidade convencional e imantada para o MMIP e HMMIP. O MMIP demandaria menor tanque de decantação devido à maior velocidade de sedimentação (~ 3 m.h-1 ), no entanto ambos os materiais apresentaram boa sedimentação. O processo imantado destaca-se por possibilitar a separação dos adsorventes magnéticos tanto da parte líquida quanto do lodo gerado no fundo dos reatores. Os testes de coluna de adsorção foram realizados em diversas concentrações e vazões para os polímeros híbridos e resina de troca iônica. O processo mais eficiente, de acordo com eficiência total do processo de adsorção em coluna (EPads), foi o HMMIP com valor de 74%. Por fim, concluiu-se que foram sintetizados materiais com potencial para ampliar os estudos em larga escala, uma vez que os resultados foram extremamente satisfatórios.