Título: ADSORÇÃO DO HERBICIDA 2,4-D EM BIOCARVÃO MODIFICADO COM Fe-Mn ANÁLISE EM BATELADA E CURVA DE RUPTURA EM LEITO FIXO
Título alternativo: ADSORPTION OF THE 2,4-D HERBICIDE ONTO FE-MN BIOCHAR COMPOSITES BATCH ANALYSIS AND FIXED-BED BREAKTHROUGH CURVE
Autoria de: Lucas Ferreira Fernandes
Orientação de: Guilherme Max Dias Ferreira
Coorientação de: Thamiris Ferreira de Souza
Presidente da banca: Guilherme Max Dias Ferreira
Primeiro membro da banca: Thamiris Ferreira de Souza
Segundo membro da banca: Cecilia Baldoino Ferreira
Terceiro membro da banca: Gilson Campani Junior
Palavras-chaves: biocarvão bimetálico, bagaço de cana-de-açúcar, ácido 2, 4-diclorofenoxiacético, curva de ruptura
Data da defesa: 26/06/2026
Semestre letivo da defesa: 2026-1
Data da versão final: 06/07/2026
Data da publicação: 06/07/2026
Referência: Fernandes, L. F. ADSORÇÃO DO HERBICIDA 2,4-D EM BIOCARVÃO MODIFICADO COM Fe-Mn ANÁLISE EM BATELADA E CURVA DE RUPTURA EM LEITO FIXO. 2026. 68 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.
Resumo: O presente trabalho investigou a produção, caracterização e eficiência adsortiva de um biocarvão modificado com ferro e manganês (BCFM), sintetizado a partir do bagaço de cana-de-açúcar, direcionado à remoção do herbicida ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) em sistemas de batelada e leito fixo, jusficiando-se pelo aumento do consumo de defensivos agrícolas mundialmente. O material foi obtido por meio de uma estratégia simples e de baixo custo de modificação pré-pirólise com cloretos de ferro e manganês, seguida de carbonização em forno mufla a 600 ????C. Os ensaios de caracterização demonstraram que a incorporação dos metais Fe e Mn promoveu um aumento no número das funções básicas superficiais e uma redução do pH no ponto de carga zero, resultando em uma superfície mais ativa e favorável à interação com o contaminante. Nos testes em batelada, o BCFM apresentou desempenho superior ao biocarvão sem modificação (BCS), alcançando aproximadamente o dobro da eficiência de remoção. O equilíbrio adsortivo estático foi satisfatoriamente descrito pela isoterma de Freundlich, evidenciando um processo em superfícies energeticamente heterogêneas. Adicionalmente, realizou-se a implementação inédita de um sistema contínuo de coluna de leito fixo no laboratório MATIS, operando com altura de recheio de 2,4 cm e vazão de 2,5 mL min????????¹. Os ensaios dinâmicos revelaram um tempo de ruptura precoce de 6,63 min e um tempo de saturação de 71 min. O diagnóstico fenomênico evidenciou limitações hidrodinâmicas associadas ao leito curto, caracterizado por um comprimento de leito não utilizado de (CLNU) de 2,17 cm, resultando em uma eficiência global de utilização da coluna de apenas 9,33 em virtude de dispersão axial e efeitos de parede. No âmbito da modelagem matemática, o Modelo de Yan apresentou excelente aderência estatística aos dados experimentais (R² 0,9719), superando o modelo de Thomas e capturando com precisão o perfil sigmoidal e o prolongamento da zona de exaustão através de seu expoente de forma, o qual se correlacionou com a heterogeneidade superficial mapeada na batelada. Por fim, definiram-se critérios de otimização para ensaios futuros, ressaltando a necessidade do aumento axial do leito para a compressão da ZTM. De forma geral, os resultados validam a modificação bimetálica como uma rota promissora para a valorização de resíduos agroindustriais e para o desenvolvimento de adsorventes eficientes voltados ao tratamento de matrizes aquosas contaminadas por agroquímicos.
Abstract: This study investigated the production, characterization, and adsorptive efficiency of an iron- and manganese-modified biochar (BCFM) synthesized from sugarcane bagasse, aimed at the removal of the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in batch and fixed-bed systems, a focus justified by the increasing global consumption of pesticides. The material was obtained through a simple, low-cost pre-pyrolysis modification strategy using iron and manganese chlorides, followed by carbonization in a muffle furnace at 600 ????C. Characterization assays demonstrated that the incorporation of Fe and Mn metals promoted an increase in the number of basic surface functional groups and a reduction in the pH at the point of zero charge, resulting in a more active surface favorable for interaction with the contaminant. In batch tests, BCFM exhibited superior performance compared to the unmodified biochar (BCS), achieving approximately twice the removal efficiency. The static adsorptive equilibrium was satisfactorily described by the Freundlich isotherm, indicating a process occurring on energetically heterogeneous surfaces. Additionally, an unprecedented implementation of a continuous fixed-bed column system was carried out at the MATIS laboratory, operating with a bed height of 2.4 cm and a flow rate of 2.5 mL min????????¹. Dynamic assays revealed an early breakthrough time of 6.63 min and a saturation time of 71 min. The phenomenological analysis evidenced hydrodynamic limitations associated with the short bed, characterized by a length of unused bed (LUB) of 2.17 cm, which resulted in an overall column utilization efficiency of only 9.33 due to axial dispersion and wall effects. Regarding mathematical modeling, the Yan Model showed excellent statistical fit to the experimental data (R² 0.9719), outperforming the Thomas model and accurately capturing both the sigmoidal profile and the elongation of the exhaustion zone through its shape exponent, which correlated with the surface heterogeneity mapped in the batch studies. Finally, optimization criteria for future trials were defined, highlighting the need for an axial increase of the bed to compress the MTZ. Overall, the results validate the bimetallic modification as a promising route for the valorization of agro-industrial wastes and for the development of efficient adsorbents aimed at treating aqueous matrices contaminated by agrochemicals.
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
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Detentores dos direitos autorais: Lucas Ferreira Fernandes e Universidade Federal de Lavras
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