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Publication
Exploring cellulose as raw material in the production of a coagulant/flocculant for wastewater treatment
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| 2.08 MB | Adobe PDF |
Authors
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Abstract(s)
Cellulose, the most prevalent natural biopolymer on earth, may provide an efficient, environment-friendly, inexpensive, and chemical-free solution for water and wastewater treatment. Cellulose-based materials are utilized in the food industry, pharmaceutical, paper textile industries, and wastewater treatment due to their low cost, renewability, biodegradability, and nontoxicity. This study aims to explore cellulose as raw material to produce coagulants to remove turbidity from wastewater. All the synthesized coagulants and a commercial coagulant, for reference purposes, were tested in jar test experiments using synthetic wastewater with a turbidity of 92-96 NTU and real urban wastewater with a turbidity of 142-156 NTU. Cellulose extracted from powdered pine needles was modified by reductive amination after the periodate oxidation, showed no turbidity removal during the jar test. Cellulose from filter paper was processed by 2,2,6,6- tetramethyl-4-acetamidopiperidin-1-oxyl (TEMPO) oxidation and examined to assess its coagulation performance, which did not show the desired activity. Finally, three different micro/nanofibrillated cellulose (M/NFCs) derivatives cationized with 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethyl ammonium chloride (CHPTAC) and with carboxymethyl trimethyl ammonium chloride hydrazide (Girard’s T reagent), as well as anionized by TEMPO oxidation were analyzed. CHPTAC-treated samples showed excellent removal of turbidity, which was close to the performance of polyaluminium chloride commercial-grade (WAC-AB®) coagulant. MFCs (treated with CHPTAC) with a higher degree of substitution (DS 0.106) showed 93.2% turbidity removal for synthetic wastewater and 85.7% for real urban wastewater, while that with a lower degree of substitution (DS 0.06) showed 91.0% and 58.9% removal for turbidity in synthetic and real wastewater, respectively.
A cellulose, sendo o polímero natural mais abundante na Terra, pode ser a resposta para o desenvolvimento de soluções amigas do ambiente, a baixo custo e livres de químicos, para tratamento de águas para consumo e de águas residuais. Materiais à base de celulose são já utilizados nas indústrias alimentar, farmacêutica, do papel e têxtil, bem como no tratamento de águas residuais, devido ao seu baixo custo e por serem renováveis, biodegradáveis e não apresentarem toxicidade. Este estudo tem por objetivo explorar a celulose como matéria-prima na produção de coagulantes para remoção de turbidez em águas residuais. Todos os coagulantes sintetizados, bem como um coagulante comercial, usado como referência, foram testados num jar test usando uma água residual modelo (turvação de 92-96 NTU) e uma água residual urbana (turvação de142-156 NTU). A celulose extraída de agulhas de pinheiro foi modificada por oxidação com periodato seguida de aminação redutiva, não tendo produzido formação de flocos no jar test. A celulose obtida de papel de filtro foi oxidada com (2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1- il)oxil (TEMPO), e o seu desempenho como coagulante testado, não se tendo verificado a atividade pretendida. Finalmente, foram testados três derivados de celulose micro/nanofibrilhada (M/NFCs) (cationizadas com cloreto de (3-chloro-2-hidroxipropil) trimetilamónio (CHPTAC) e com reagente de Girard T, e anionizada por oxidação com TEMPO). Os derivados obtidos por reação com CHPTAC demonstraram uma excelente remoção de turvação, próxima da obtida com o coagulante comercial de cloreto de polialunínio (WAC-AB®) O derivado MFCs-CHPTAC com o grau de substituição mais elevado (DS 0.106) removeu 93.2% da turvação na água residual modelo e 85.7% na água residual urbana, enquanto que o derivado menos substituído (DS 0.06) removeu 91.0% e 58.9% da turvação na água modelo e na água residual, respetivamente.
A cellulose, sendo o polímero natural mais abundante na Terra, pode ser a resposta para o desenvolvimento de soluções amigas do ambiente, a baixo custo e livres de químicos, para tratamento de águas para consumo e de águas residuais. Materiais à base de celulose são já utilizados nas indústrias alimentar, farmacêutica, do papel e têxtil, bem como no tratamento de águas residuais, devido ao seu baixo custo e por serem renováveis, biodegradáveis e não apresentarem toxicidade. Este estudo tem por objetivo explorar a celulose como matéria-prima na produção de coagulantes para remoção de turbidez em águas residuais. Todos os coagulantes sintetizados, bem como um coagulante comercial, usado como referência, foram testados num jar test usando uma água residual modelo (turvação de 92-96 NTU) e uma água residual urbana (turvação de142-156 NTU). A celulose extraída de agulhas de pinheiro foi modificada por oxidação com periodato seguida de aminação redutiva, não tendo produzido formação de flocos no jar test. A celulose obtida de papel de filtro foi oxidada com (2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1- il)oxil (TEMPO), e o seu desempenho como coagulante testado, não se tendo verificado a atividade pretendida. Finalmente, foram testados três derivados de celulose micro/nanofibrilhada (M/NFCs) (cationizadas com cloreto de (3-chloro-2-hidroxipropil) trimetilamónio (CHPTAC) e com reagente de Girard T, e anionizada por oxidação com TEMPO). Os derivados obtidos por reação com CHPTAC demonstraram uma excelente remoção de turvação, próxima da obtida com o coagulante comercial de cloreto de polialunínio (WAC-AB®) O derivado MFCs-CHPTAC com o grau de substituição mais elevado (DS 0.106) removeu 93.2% da turvação na água residual modelo e 85.7% na água residual urbana, enquanto que o derivado menos substituído (DS 0.06) removeu 91.0% e 58.9% da turvação na água modelo e na água residual, respetivamente.
Description
Keywords
Celulose Coagulante Agulhas de pinheiro Micro/nanofibrilhas Água residual Remoção de turvação