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dc.creatorPauletto, Paola de Souza
dc.date.accessioned2022-05-25T14:58:21Z
dc.date.available2022-05-25T14:58:21Z
dc.date.issued2022-02-23
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/24470
dc.description.abstractPharmaceutical compounds are fundamental to the preservation of human and animal health. However, its high and continuous consumption, associated with its incorrect disposal and the inefficient treatments of water and effluents, can cause significant damage to the environment and human health. Besides, real waters and effluents are characterized by a mixture of different chemical contaminants, which makes their treatment even more challenging. The adsorption technique on activated carbon was used to simultaneously remove nimesulide and paracetamol present in aqueous solutions. The objective of this work was to apply advanced mathematical models to predict the adsorption behavior, due to the complexity between the adsorbent-adsorbate interactions. First, an artificial neural network was successfully trained and optimized to simultaneously predict the single and binary adsorption of these pharmaceuticals as a function of the operating conditions: adsorbent particle size, adsorbent dosage, initial pharmaceutical concentration, and contact time. The highest adsorption capacities were found for the adsorbent dosage of 0.5 g/L, particle size of 150 μm, and 300 minutes of contact time. In sequence, the adsorption equilibrium was evaluated through different isotherm models, in which the Langmuir isotherm satisfactorily fitted the single adsorption equilibrium of nimesulide and paracetamol, while the Extended Langmuir isotherm better adjusted the binary adsorption equilibrium of these pharmaceuticals on activated carbon. The physisorption process was exothermic, reaching higher adsorption capacities at 298 K. Finally, the Pore Volume and Surface Diffusion Model (PVSDM) could be extended and applied, for the first time in the literature, to multicomponent adsorption systems. The proposed model was called Extended PVSDM and the finite difference approximation technique was successfully applied to its numerical solution. The results showed that there was no dominance of a sole adsorption mechanism, but both external mass transfer and intraparticle diffusion played an important role during adsorption. Overall, the experimental results showed a higher affinity of activated carbon for nimesulide, reaching an adsorption capacity of 196.32 mg/g against 58.21 mg/g for paracetamol. During the binary adsorption, this greater selectivity towards nimesulide caused a significant competition with paracetamol molecules, suppressing the adsorption of paracetamol (25.80 mg/g) and promoting the adsorption of nimesulide (199.49 mg/g) in the active sites of activated carbon. The characterization of the adsorbent before and after adsorption suggested that paracetamol interacted with the active sites of carbon through hydrogen bonds, while nimesulide interacted through hydrogen bonds and π-π and n-π dispersive interactions.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectAdsorção competitivapor
dc.subjectNimesulidapor
dc.subjectParacetamolpor
dc.subjectRedes neurais artificiaispor
dc.subjectModelos difusivospor
dc.subjectSolução numéricapor
dc.subjectCompetitive adsorptioneng
dc.subjectNimesulideeng
dc.subjectArtificial neural networkeng
dc.subjectDiffusional modelseng
dc.subjectNumerical solutioneng
dc.titleModelos computacionais avançados aplicados na adsorção multicomponente de fármacospor
dc.title.alternativeAdvanced computational models applied to multicomponent pharmaceutical adsorptioneng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoOs compostos farmacêuticos são fundamentais para a preservação da saúde humana e animal. Entretanto, seu elevado e contínuo consumo, associado ao descarte incorreto e aos tratamentos ineficientes de águas e efluentes, podem trazer grandes prejuízos ao meio ambiente e à saúde humana. Além disso, águas e efluentes reais são caracterizados por uma mistura de diferentes contaminantes químicos, o que torna ainda mais desafiador o seu tratamento. A técnica de adsorção em carvão ativado foi utilizada para remover simultaneamente nimesulida e paracetamol presentes em soluções aquosas. O objetivo deste trabalho foi aplicar modelos matemáticos avançados para prever o comportamento de adsorção, devido à complexidade entre as interações adsorvente-adsorbatos. Primeiramente, uma rede neural artificial foi satisfatoriamente treinada e otimizada para prever simultaneamente a adsorção individual e binária destes fármacos em função das condições de operação: tamanho de partícula de adsorvente, dosagem de adsorvente, concentração inicial de fármacos e tempo de contato. Melhores resultados de capacidade de adsorção foram obtidos utilizando uma dosagem de 0,5 g/L de carvão ativado com granulometria de 150 μm e 300 minutos de tempo de contato. Na sequência, avaliou-se o equilíbrio de adsorção por meio de diferentes modelos de isoterma, no qual a isoterma de Langmuir ajustou satisfatoriamente o equilíbrio de adsorção individual de nimesulida e paracetamol, enquanto que a isoterma Extended Langmuir melhor ajustou o equilíbrio de adsorção binária destes fármacos em carvão ativado. O processo de fisissorção foi exotérmico, atingindo maiores capacidades de adsorção em 298 K. Finalmente, o Pore Volume and Surface Diffusion Model (PVSDM) pôde ser estendido e aplicado, pela primeira vez na literatura, para sistemas de adsorção multicomponente. O modelo proposto foi chamado de Extended PVSDM e a técnica de aproximação por diferenças finitas foi aplicada com sucesso na solução numérica do mesmo. Os resultados mostraram que não houve dominância de um único mecanismo de adsorção, mas que tanto a transferência de massa externa quanto a difusão intrapartícula tiveram um importante papel durante a adsorção. No geral, os resultados experimentais mostraram uma maior afinidade do carvão ativado para com a nimesulida, atingindo uma capacidade de adsorção de 196,32 mg/g contra 58,21 mg/g para o paracetamol. Durante a adsorção binária, a maior seletividade para com a nimesulida gerou uma grande competição com as moléculas de paracetamol, suprimindo a adsorção de paracetamol (25,80 mg/g) e promovendo a adsorção de nimesulida (199,49 mg/g) nos sítios do carvão ativado. A caracterização do adsorvente antes e depois da adsorção sugeriu que o paracetamol interagiu com os sítios ativos do carvão através de ligações de hidrogênio, enquanto que a nimesulida interagiu através de ligações de hidrogênio e empilhamento π-π e n-π.por
dc.contributor.advisor1Salau, Nina Paula Gonçalves
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4234840503539989por
dc.contributor.advisor-co1Dotto, Guilherme Luiz
dc.contributor.referee1Cancelier, Adriano
dc.contributor.referee2Silveira, Christian Luiz da
dc.contributor.referee3Meili, Lucas
dc.contributor.referee4Vieira, Melissa Gurgel Adeodato
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2533038250480904por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Químicapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Químicapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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