Association of advanced oxidative and adsorptive processes for dye treatment in the sanitizer industry: kinetic, equilibrium and toxicity evaluation

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2236117066989

Keywords:

Combined process, Eggshell, LED lamp, UV-C radiation, Seed toxicity

Abstract

The presence of dyes in wastewater can cause several damages to the environment. Aiming at its removal, advanced oxidative processes (AOP) and adsorption (ADS) have been used. In this work, the removal of acid blue dye 80 (AA80) by AOP (photoperoxidation (PP) and photo-Fenton (PF)) and by ADS was evaluated, individually and combined. The use of the PP/UV-C system led to degradations of 72.7 and 83.8% for the λ of 334 and 622 nm, respectively. The PP/LED system did not degrade. For the PF process, > 90% degradation was obtained for both radiations. The [Fe] (1 mg.L-1) and [H2O2] (90 mg.L-1)were optimized for the PF/LED system. As for the PF/UV-C system, the optimal [H2O2] was 60 mg.L-1. The experimental data fit well with the Chan and Chu (2003) kinetic model with R2>0.94. The kinetic data showed a better fit to the pseudo-second order model (R2>0.90), while equilibrium was reached in 30 min with removal of 62.45 (λ=334 nm) and 83.22% (λ=622 nm), being well represented by the Langmuir and Sips models. Finally, the combined study promoted a 7% increase in AA80 removal, achieving an improvement in the final toxicity of the treated matrix when compared to isolated AOP systems. 

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Daniella Carla Napoleão, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Doutorado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2015).  professora Adjunta C II da Universidade Federal de Pernambuco

Tássia Santos Gonçalves, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Cursando a Graduação em Licenciatura em Química na Universidade Federal de Pernambuco, concluindo curso técnico em química industrial no Instituto Federal de Pernambuco.

Naiana Santos da Cruz Santana Neves, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Engenheira Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2016). Mestre em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2019). Doutoranda pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco.

Vanessa de Oliveira Marques Cavalcanti, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Graduação em Engenharia Química pela Universidade Católica de Pernambuco (2015). Possui Especialização em MBA em Gestão da Qualidade e da Produtividade (2018). Atualmente é mestranda em engenharia química pela Universidade Federal de Pernambuco.

Marina Gomes Silva, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Doutorado em andamento em Engenharia Química na Universidade Federal de Pernambuco, UFPE, Brasil.

Ingrid Larissa da Silva Santana, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco(2019), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco(2022)  . Atualmente é Tutor do Centro Universitário Brasileiro e Doutorado em andamento em Engenharia Química  na Universidade Federal de Pernambuco, UFPE, Brasil.

Rayany Magali da Rocha Santana, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Engenheira Química pelo Centro Universitário Maurício de Nassau (2017). Mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2020). Atualmente é aluna de doutorado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco, desenvolvendo pesquisas sobre tratamento de corantes, empregando processos oxidativos avançados. Tem experiência na área química, com ênfase em cromatografia líquida, validação de metodologia, análise físico-química de efluentes, tratamento de efluentes e produção de biopolímeros.

Alex Leandro Andrade de Lucena, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2015), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2018) e doutorado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2022), atuando na área de engenharia ambiental com tratamento de poluentes orgânicos persistentes.

Graziele Elisandra do Nascimento, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE

Doutorado em Engenharia Química pelo Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco (2016). Atualmente é pesquisadora e aluna de pós-doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco, com bolsa de fixação de pesquisador pela Fundação de Amparo a Ciência e Tecnologia de Pernambuco. 

References

AMORIM, N. D. O.; NASCIMENTO, G. E.; CHARAMBA, L. V. C.; SANTANA, R. M. R.; SILVA, P. M.; NAPOLEÃO, T. H.; NAPOLEÃO, D. C. Direct red 83 textile dye degradation using photoperoxidation and photo-Fenton: kinetic studies, toxicity and neural networks modeling. Ciência e Natura, v. 42, 2020.

BANASCHIK, R.; JABLONOWSKIA, H.; BEDNARSKIC, P.J.; KOLB, J.F. Degradation and intermediates of diclofenac as instructive example for decomposition of recalcitrant pharmaceuticals by hydroxylradicals generated with pulsed corona plasma in water. J. Hazard. Mater., v. 342 p. 651–660, 2018.

BENSALAH, N.; DBIRA, S.; BEDOUI, A. Mechanistic and kinetic studies of the degradation of diethyl phthalate (DEP) by homogeneous and heterogeneous Fenton oxidation. Environ. Nanotechnol. Monit. Manag., v. 11, p. 100224, 2019.

BORTOTI, A. A.; ROSA, M. F.; BARICCATTI, R. A.; LOBO, V. S. Avaliação do processo foto-Fenton na descoloração de um corante têxtil comercial. Semin. Ciênc. Exatas Tecnol., v. 37, n.1, p. 81-90, 2016.

BRITO, N. N.; SILVA, V. B. M. Processo oxidativo avançado e sua aplicação ambiental, Rev. Elet. de Eng. Civil, v. 1, n.3, p. 36-47, 2012.

ÇELEKLI, A.; AL-NUAIMI, A.I.; BOZKURT, H. Adsorption kinetic and isotherms of Reactive Red 120 on Moringa oleifera seed as an eco-friendly process. J. Mol. Struct., v. 1195, p. 168-178, 2019.

CHAN, K. H.; CHU, W. Modeling the reaction kinetics of Fenton’s process on the removal of atrazine. Chemosphere, v. 51, n. 4, p. 305–311, 2003.

CHOUDHARY, R.; KOPPALA, S.; SWAMIAPPAN, S. Bioactivity studies of calcium magnesium silicate prepared from eggshell waste by sol-gel combustion synthesis. J. Asian Ceram. Soc., v. 3, p. 173–177, 2015.

DIAZ-MUÑOZ, G.; MIRANDA, I. L.; SARTORI, S. K.; DE REZENDE, D. C.; DIAZ, M. A. N. Anthraquinones: An Overview. Stud. Nat. Prod. Chem., v. 58, p. 313–338, 2018.

ELETTA, O. A. A.; AJAYI, O. A.; OGUNLEYE, O. O.; AKPAN, I. C. Adsorption of cyanide from aqueous solution using calcinated eggshells: equilibrium and optimisation studies. J. Environ. Chem. Eng., v. 4, p. 1367–1375, 2016.

FERRAZ, E. R. A.; UMBUZEIRO, G. A.; DE-ALMEIDA, G.; CALOTO-OLIVEIRA, A.; CHEQUER, F. M. D.; ZANONI, M. V. B.; DORTA, D. J.; OLIVEIRA, D. P. Differential toxicity of Disperse Red 1 and Disperse Red 13 in the Ames test, HepG2 cytotoxicity assay, and Daphnia acute toxicity test. Environ. Toxicol., v. 26, n. 5, p. 489-497, 2011.

HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. LTC, Rio de Janeiro, 2001.

HE, J.; YANG, X.; MEN, B.; WANG, D. Interfacial mechanisms of heterogeneous Fenton reactions catalyzed by iron-based materials: A review. J. Environ. Sci., v. 39, p. 97-109, 2016.

HE, Y.; SUTTON, N. B.; RIJNAARTS, H. H. H.; LANGENHOFF, A. A. M. Degradation of pharmaceuticals in wastewater using immobilized TiO2 photocatalysis under simulated solar irradiation. Appl. Catal. B Environ., v. 182, p. 132-141, 2016.

HO, Y. S.; PORTER, J. F.; MCKAY, G. Equilibrium Isotherm Studies for the Sorption of Divalent Metal Ions onto Peat: Copper, Nickel and Lead Single Component Systems. Water Air Soil Pollut., v. 141, p. 1–33, 2002.

Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Indus- trial – INMETRO (2016) DOC-CGCRE-008: Orientação sob validação de métodos analíticos.

JAAFARI, J.; BARZANOUNI, H.; MAZLOOMI, S.; FARAHANI, N. A. A.; SHARAFI, K.; SOLEIMANI, P.; HAGHIGHAT. Effective adsorptive removal of reactive dyes by magnetic chitosan nanoparticles: Kinect, isothermal studies and response surface methodoly. Int. J. Biol. Macromol., v. 164, p. 344-355, 2020.

KIM, E.; CHOI, J. Synthesis of Cationized Anthraquinone Dyes and Their Dyeing Properties for meta-Aramid Fiber. Fibers Polym., v. 14, n. 12, p. 2054–2060, 2013.

LALNUNHLIMI, S.; KRISHNASWAMY, V. Decolorization of azo dyes (Direct Blue 151 and Direct Red 31) by moderately alkaliphilic bacterial moradeveloped techniques, mechanisms and intermediate involved in the advanced azo dye degradation for industrial applications. Braz. J. Microbiol., v. 47, p. 39-46, 2016.

LI, Y.; WANG, L.; WU, L.; ZHANG, X.; LI, X.; GUO, Z.; LI, H.; IORQUE, P.; SHUANGYING, G.; ZHANG, J. Bio-mimetic drug delivery systems designed to help the senior population reconstruct melatonin plasma profiles similar to those of the healthy younger population. Acta Pharm. Sin. B, v. 4, p. 60-66, 2014.

MORAES, N. F. S.; SANTANA, R. M. R.; GOMES, R. K. M.; SANTOS JÚNIOR, S. G.; LUCENA, A. L. A.; ZAIDAN, L. E. M. C.; NAPOLEÃO, D. C. Performance verification of different advanced oxidation processes in the degradation of the dye acid violet 17: reaction kinetics, toxicity and degradation prediction by artificial neural networks. Chem. Pap., v. 75, p. 539-552, 2020.

MUTHUPRIYA, P.; MUGILAN, M.; SIVAKUMAR, K.; Decolourization efficiency of textile dyes using peroxidase enzyme extracted from Raphanus sativus L. and its optimization studies. Int. J. Curr. Res. Biosci. Plant Biol., v. 3, n. 11, 79-84, 2016.

NAGEL-HASSEMER, M. E.; GIROLETTI, C. L.; MENEZES, J. C.; LAPOLLI, F. R. Processo UV/H2O2 aplicado como pós-tratamento de águas residuárias da indústria de papel e celulose. Revista DAE, v. 66, n. 209, p 99-107, 2018.

NASCIMENTO, G. E. DO; CAVALCANTI, V. O. M.; SANTANA, R. M. R.; SALES, D. C. S.; RODRÍGUEZ-DÍAZ, J. M.; NAPOLEÃO, D. C.; DUARTE, M. M. M. B. Degradation of a Sunset Yellow and Tartrazine Dye Mixture: Optimization Using Statistical Design and Empirical Mathematical Modeling. Water Air Soil Pollut., v. 231, n. 254, 2020.

NASCIMENTO, G. E. DO; NAPOLEÃO, D. C.; AGUIAR SILVA, P. K. DE; ROCHA SANTANA, R. M. DA; BASTOS, A. M. R.; ZAIDAN, L. E. M. C.; MOURA, M. C. DE; COELHO, L. C. B. B.; DUARTE, M. M. M. B. Photo-Assisted Degradation, Toxicological Assessment, and Modeling Using Artificial Neural Networks of Reactive Gray BF-2R Dye. Water Air Soil Pollut., v. 229, n. 12, 2018.

NASCIMENTO, R. F.; LIMA, A. C. A.; VIDAL, C. B.; MELO, D. Q., RAULINO, G. S. C. Adsorção: aspectos teóricos e aplicações ambientais. 1 ed. Fortaleza:UFC, 255, 2014.

PAULINO, T. R. S.; ARAÚJO, R. S.; SALGADO, B. C. B. Estudo de oxidação avançada de corantes básicos via reação Fenton (Fe2+/H2O2). Eng. Sanit. Ambient., v. 20, n. 3, p. 347-352, 2015.

PRIAC, A.; BADOT, P. M.; CRINI, G. Treated wastewater phytotoxicity assessment using Lactuta sativa: focus on germination and root elongation test parameters. C. R. Biol., v. 340, n. 3, p. 188–194, 2017.

RAMOS, R. O.; ALBUQUERQUE, M. V. C.; LOPES, W. S.; SOUSA, J. T.; LEITE, V. D. Degradation of indigo carmine by photo-Fenton, Fenton, H2O2/UV-C and direct UV-C: Comparison of pathways, products and kinetics. J. Water Process Eng., v. 37, p. 101535, 2020.

RATANAPONGLEKA, K.; PHETSOM, J. Decolorization of Synthetic Dyes by Crude Laccase from Lentinus polychrous. Int. J. Chem. Eng. Appl., v. 5, p. 26-30, 2014.

RODRÍGUEZ-NAVARRO, A. B.; DOMÍNGUEZ-GASCA, N.; MUÑOZ, A.; ORTEGA-HUERTAS, M. Change in the eggshell cuticle with hen and egg freshness. Poult. Sci. J., v. 92, p. 3026–3035, 2013.

RODRÍGUEZ-NAVARRO, A. B.; MARIE, P.; NYS, Y.; HINCKE, M. T.; GAUTRON, J. Amorphous calcium carbonate controls avian eggshell mineralization: A new paradigm for understanding rapid eggshell calcification. J. Struct. Biol., v. 190, p. 291-303, 2015.

SILVA, J. C.; SANTANA, R. M. R.; NASCIMENTO, G. E.; LUCENA, A. L. A.; SILVA, A. M. R. B.; SÁ, J. L. F.; MELO, A. M. M. A.; NAPOLEÃO, D. C.; DUARTE, M. M. M. B. Evaluation of the degradation potential of different advanced oxidation processes for a textile dye mixture: a kinetic study with mathematical modeling and toxicological tests. Ciência e Natura, v. 42, 2020.

SOUZA, E. J.; NEVES, N. S. D. C. S., GOMES, R. K. D. M., SANTOS JÚNIOR, S. G. D., CHARAMBA, L. V. C., CAMPOS, N. F., NAPOLEÃO, D. C. Treatment of textile dyes using advanced oxidative and adsorptive processes individually and combined: study of the operational parameters, kinetic and adsorptive equilibrium. Water Sci. Technol., v. 82, n. 7, p. 1327-1338, 2020.

SOUZA, J. L.; HOLANDA, C. A.; AIRES, A. M. L.; ALMEIDA, T. R.; OLIVEIRA, E. S.; ROCHA, M. B. C.; COSTA, A. N. Potentialities of Eichhornia azurea (water hyacinth) in the removal of the turquoise textile dye remazol in aqueous medium: Study of the kinetic mechanisms of adsorption. Braz. J. Dev., v. 6, p. 76037-76053, 2020.

SOUZA, S. J. O.; LOBO, T. M.; SABINO, A. L. O.; OLIVEIRA, S. B.; COSTA, O. S. Decomposição dos antirretrovirais lamivudina e zidovudina pelo processo fotofenton assistido no efluente de indústria farmoquímica. Rev. Proc. Quim., v. 4, n.7, p. 59‐67, 2010.

TAN, K. L.; HAMEED, B. H. Insight into the adsorption kinetics models for the removal of contaminants from aqueous solutions. J. Taiwan Inst. Chem. Eng., v. 74, p. 25–48 2017.

TEMESGEN, F.; GABBIYE, N.; SAHU, O. Biosorption of Reactive Red Dye (RRD) on Activated Surface of Banana and Orange Peels: Economical Alternative for Textile Effluent. Surf. Interfaces, v. 12, p. 151-159, 2018.

TSAI, W. T.; YANG, J. M.; LAI, C. W.; CHENG, Y. H.; LIN, C. C.; YEH, C. W. Characterization and adsorption properties of eggshells and eggshell membrane. Bioresour. Technol., v. 97, p. 488-493, 2006.

XIONG, R.; LU, Z.; TANG, Q.; HUANG, X.; RUAN, H.; JIANG, W.; CHEN, Y.; LIU, Z.; KANG, J.; LIU, D. UV-LED/chlorine degradation of propranolol in water: degradation pathway and product toxicity. Chemosphere, v. 248, p. 125957, 2020.

YIN, R.; SHANG, C. Removal of micropollutants in drinking water using UV-LED/chlorine advanced oxidation process followed by activated carbon adsorption. Water Res., v. 185, p. 116297, 2020.

YOUNG, B. J.; RIERA, N. I.; BEILY, M. E.; BRES, P. A.; CRESPO, D. C.; RONCO A. E. Toxicity of the effluent from an anaerobic bioreactor treating cereal residues on Lactuca sativa. Ecotoxicol. Environ. Saf., v. 76, n. 1, p. 182–186, 2012.

YU, K. L.; LEE, X. J.; ONG, H. C.; CHEN, W.; CHANG, J.; LIN, C.; SHOW, P. L.; LING, T. C. Adsorptive removal of cationic methylene blue and anionic Congo red dyes using wettorrefied microalgal biochar: equilibrium, kinetic and mechanism modeling. Environ. Pollut., v. 272, p. 115986, 2020.

ZAIDAN, L. E.; CARNEIRO, M.; PINHEIRO, R. B.; SANTANA, R.; VIEIRA, L.; CHARAMBA, C.; CARLA, D.; LINS, V. Evaluation of Efficiency of Advanced Oxidative Process in Degradation of 2-4 Dichlorophenol Employing Uv-C Radiation Reator. Rev. Eletrônica Gest. Educ. Tecnol. Ambient., v. 21, n. 2, p. 147–157, 2017.

Downloads

Published

2023-01-17

How to Cite

Napoleão, D. C., Gonçalves, T. S., Neves, N. S. da C. S., Cavalcanti, V. de O. M., Silva, M. G., Santana, I. L. da S., Santana, R. M. da R., Lucena, A. L. A. de, & Nascimento, G. E. do. (2023). Association of advanced oxidative and adsorptive processes for dye treatment in the sanitizer industry: kinetic, equilibrium and toxicity evaluation. Revista Eletrônica Em Gestão, Educação E Tecnologia Ambiental, 26, e10. https://doi.org/10.5902/2236117066989

Issue

Vol. 26 (2022): REGET - Continuous Publication

Section

ENVIRONMENTAL THECNOLOGY

License

Copyright (c) 2023 Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

DECLARATION

Most read articles by the same author(s)

<< < 1 2