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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL (42002010055P8)
Educação Presencial
BIOCHAR COMO SUPORTE DE FOTOCATALISADORES A BASE DE FERRO PARA DEGRADAÇÃO DE CORANTES VIA PROCESSO FOTO-FENTON HETEROGÊNEO
JANDIRA LEICHTWEIS
TESE
17/07/2023

Os corantes rodamina B, ponceau, azul de metileno e tartrazina estão entre os corantes mais utilizados principalmente nas indústrias têxtil e alimentícia. Uma das principais técnicas estudadas para remover esses poluentes das águas residuárias são os Processos Oxidativos Avançados com destaque para o processo foto-Fenton heterogêneo, que consiste na combinação de um fotocatalisador a base de ferro, um agente oxidante e radiação UV-Vis. Devido a recombinação entre os pares elétron/lacuna, aglomeração das partículas e maior valor de band gap dos fotocatalisadores puros, uma vantagem é suporta-los em outro material e contornar esse problema. Dessa forma, no presente estudo, as ferritas CuFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4 e MgFe2O4 foram sintetizadas e suportadas em biochar de bagaço de malte, quitina e borra de café, respectivamente. Os compósitos foram caracterizados por DRX, FT-IR, MEV-EDS e UV-Vis. Os resultados das caracterizações mostraram que os materiais foram sintetizados corretamente e que o suporte no biochar ocorreu com sucesso. As energias de band gap dos fotocatalisadores suportados foram inferiores aos das ferritas puras. As ferritas CuFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4 e MgFe2O4 puras, obtiveram eficiências de 39, 78, 38 e 52% para a remoção da cor dos corantes rodamina B, ponceau, azul de metileno e tartrazina, respectivamente. Por outro lado, os compósitos obtiveram melhores eficiências: 88% para RhB (CFO1BM3) e 100% para ponceau, azul de metileno e tartrazina (CFO1BQ1, ZFO1BC1 e MFO1BC1, respectivamente) no mesmo período de tempo. Quando os novos fotocatalisadores suportados foram aplicados ao processo foto-Fenton, houve maior degradação utilizando os materiais suportados em biochar em comparação as ferritas puras. Comprovando que o suporte auxilia na diminuição da recombinação dos pares elétron/lacuna, evita a aglomeração das ferritas, que tendem a se aglomerar devido a suas propriedades magnéticas, além de possuírem band gap inferior, sendo mais eficientes na região de luz visível. Esses resultados foram obtidos utilizando as melhores condições experimentais encontradas: pH 3, 100 μL de H2O2 e 1 g L-1 de fotocatalisador. O reciclo dos compósitos indicou que eles podem ser utilizados em oito ciclos sem grandes perdas de eficiência. No mecanismo proposto, verificou-se que os radicais •OH e •O2 - foram as espécies reativas predominantes envolvidas na remoção dos corantes. Análises de LC-MS/MS mostraram que os corantes rodamina B e tartrazina foram reduzidos a intermediários de baixa m/z e testes de toxicidade utilizando o peixe Danio rerio indicaram que os corantes ponceau e azul de metileno apresentaram menor toxicidade após o tratamento. Os resultados mostraram que os novos compósitos formados (CuFe2O4/Biochar, CoFe2O4/Biochar, ZnFe2O4/Biochar e MgFe2O4/Biochar) são fotocatalisadores promissores para a remoção de poluentes orgânicos presentes na água.

Resíduos de biomassa;Ferritas;Poluentes orgânicos;Processo oxidativo avançado
Rhodamine B, ponceau, methylene blue and tartrazine dyes are among the most commonly used dyes in the textile and food industries. One of the main techniques studied to remove these pollutants from wastewater are the Advanced Oxidative Processes, with emphasis on the heterogeneous photo-Fenton process, which consists of the combination of an iron-based photocatalyst, an oxidizing agent and UV-Vis radiation. Due to recombination between electron/hole pairs, particle agglomeration and higher band gap value of pure photocatalysts, an advantage is to support them in another material and to circumvent this problem. Thus, in the present study, the ferrites CuFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4 and MgFe2O4 were synthesized and supported in biochar from malt bagasse, chitin and coffee grounds, respectively. The composites were characterized by XRD, FT-IR, SEM-EDS and UVVis. The characterization results showed that the materials were synthesized correctly and that the biochar support was successful. The band gap energies of the supported photocatalysts were lower than those of the pure ferrites. Pure ferrites CuFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4 and MgFe2O4 obtained efficiencies of 39, 78, 38 and 52% for color removal of RhB, ponceau, methylene blue and tartrazine dyes, respectively. On the other hand, the composites obtained better efficiencies: 88% for Rhodamine B (CFO1BM3) and 100% for ponceau, methylene blue and tartrazine (CFO1BQ1, ZFO1BC1 and MFO1BC1, respectively) in the same period of time. When the new supported photocatalysts were applied to the photo-Fenton process, there was greater degradation using the materials supported on biochar compared to pure ferrites. Proving that the support helps to reduce the recombination of electron/hole pairs, it prevents the agglomeration of ferrites, which tend to agglomerate due to their magnetic properties, in addition to having a lower band gap, being more efficient in the visible light region. These results were obtained using the best experimental conditions found: pH 3, 100 μL of H2O2 and 1 g L-1 of photocatalyst. The recycling of composites indicated that they can be used in eight cycles without major efficiency losses. In the proposed mechanism, it was verified that the radicals •OH and •O2- were the predominant reactive species involved in the removal of dyes. LC-MS/MS analyzes showed that Rhodamine B and tartrazine dyes were reduced to low m/z intermediates and toxicity tests using Danio rerio fish indicated that ponceau and methylene blue dyes showed less toxicity after treatment. The results showed that the new composites formed (CuFe2O4/Biochar, CoFe2O4/Biochar, ZnFe2O4/Biochar and MgFe2O4/Biochar) are promising photocatalysts for the removal of organic pollutants present in water.
Biomass waste;Ferrites;Organic pollutants;Advanced oxidative process
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
O trabalho possui divulgação autorizada
II - TESE JANDIRA LEICHTWEIS.pdf

Contexto

RECURSOS HÍDRICOS E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS
SANEAMENTO AMBIENTAL
PROCESSOS FOTO-OXIDATIVOS AVANÇADOS PARA DEGRADAÇÃO DE DISRUPTORES ENDÓCRINOS EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO

Banca Examinadora

ELVIS CARISSIMI
DOCENTE -
Sim
Nome Categoria
ANDRE RICARDO FAJARDO Participante Externo
CARLA SIRTORI Participante Externo
JIVAGO SCHUMACHER DE OLIVEIRA Participante Externo
DARLIANA MELLO SOUZA Participante Externo
ELVIS CARISSIMI

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 47

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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Capes UFRN RNP
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