Tese
Modificação de Saccharum ssp. hybrids com íons férricos e óxido de nióbio para processos de degradação e adsorção de corantes reativos.
Registro en:
ALMEIDA, Aline Rafaela de. Modificação de Saccharum ssp. hybrids com íons férricos e óxido de nióbio para processos de degradação e adsorção de corantes reativos. 2022. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
Autor
Almeida, Aline Rafaela de
Institución
Resumen
This thesis is about the use of an agro-industrial residue to be applied in water
treatment, Brazil is one of the main responsible for the generation of agro-industrial
products, having this sector one of the main segments of its economy. Sugarcane
bagasse is one of the most produced residues in the country, reaching 83% of the
world’s production of this raw material, which makes it a great generator of this agro-
industrial residue. In the period 2021/2020, Brazil contributed to the production of 169
million tons. As this biomass has already shown efficiency in relation to its in nature
adsorption potential, physically or chemically activated, it can also be applied to other
methods of removing water contaminants such as advanced oxidative processes
(AOP). In this work, sugarcane bagasse was modified in two ways: Fe(III) and Nb2O5
ions, and the materials were applied in a photo-Fenton process, heterogeneous
photocatalysis, and adsorption to remove reactive black dye 5 (RB5). The modified
materials were characterized by X-ray Diffraction (XRD) analysis, vibrational
absorption spectroscopy in the infrared region with Fourier transform (FTIR), energy
dispersive X-ray spectroscopy (EDS) coupled with scanning electron microscopy (
SEM-FEG), Zeta potential (ζ), Surface area analysis (BET) and Diffuse reflectance
spectroscopy (DRS). The characterizations made it possible to observe that the metals
were immobilized on the surface of the sugarcane bagasse; and played a fundamental
role in the efficiency of the processes when compared to fresh sugarcane bagasse. In
addition, the effect of reusing materials up to four times was evaluated. The best results
were obtained for the material with a 12h immersion in the Fe(III) ion solution for the
photo-Fenton process, which expressed a decrease of approximately 100% of the
band responsible for the chromophore group (598nm) and the characteristic band of
the aromatic group. (310nm) showed a reduction of approximately 90%, after 60 min,
in the spectra. On the other hand, the best yield for the heterogeneous photocatalysis
process using Nb2O5 was the material without alkaline treatment and presence of
H2O2, which showed a decrease of almost 65% in the chromophore group and
approximately 40% in the aromatic group, while for the adsorption it expressed removal
always below 50% removal of the chromophore group and practically no change in the
aromatic group. The results showed that sugarcane bagasse with immobilized metals
can be applied both bioadsorbent material as a support for photocatalytic processes in
effluent treatment. A presente tese aborda o aproveitamento de um resíduo agroindustrial para ser
aplicado no tratamento de água, visto que o Brasil é um dos maiores responsáveis
pela geração de produtos agroindustriais, tendo nesse setor um dos principais
segmentos de sua economia. O bagaço de cana-de-açúcar é um dos resíduos mais
produzidos no país, alcançando 83% da produção mundial dessa matéria-prima, o que
o torna um grande gerador desse resíduo agroindustrial. No período de 2021/2020, o
Brasil contribuiu para produção de 169 milhões de toneladas. Como essa biomassa já
apresentou eficiência em relação ao seu potencial de adsorção in natura, ativado física
ou quimicamente, possibilita também ser aplicada para outros métodos de remoção
de contaminantes de água como processos oxidativos avançados (POA). Neste
trabalho foi realizada modificação do bagaço de cana-de-açúcar de duas formas: íons
de Fe (III) e Nb2O5, e os materiais foram aplicados em processo foto-Fenton,
Fotocatálise heterogênea e adsorção na remoção de corante preto reativo 5 (PR5).
Os materiais modificados foram caracterizados por meio de análise de Difração de
raios X (DRX), Espectroscopia vibracional de absorção na região do infravermelho
com transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia raios X por energia dispersiva
(EDS) acoplada à microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG), Potencial zeta (ζ),
Análise de área superficial (BET) e Espectroscopia de reflectância difusa (DRS). As
caracterizações possibilitaram observar que os metais foram imobilizados na
superfície do bagaço de cana; e tiveram um papel fundamental na eficiência dos
processos quando comparados ao bagaço de cana in natura. Além disso, foi avaliado
o efeito da reutilização dos materiais em até quatro vezes. Os melhores resultados
obtidos foram para o material com imersão de 12h na solução de íons de Fe(III) para
processo foto-Fenton que expressaram uma diminuição de aproximadamente 100%
da banda responsável pelo grupo cromóforo (598nm) e a banda característica do
grupo aromático (310nm) apresentou uma redução de aproximadamente 90%, após
60 min, nos espectros. Por outro lado, o melhor rendimento para processo de
Fotocatálise heterogênea utilizando Nb2O5 foi o material sem tratamento alcalino e
presença de H2O2 que apresentou uma diminuição de quase 65% no grupo cromóforo
e de aproximadamente 40% no grupo aromático, enquanto para a adsorção expressou
remoção sempre abaixo de 50% de remoção do grupo cromóforo e praticamente não
houve alteração do grupo aromático. Os resultados demonstraram que bagaço de
cana-de-açúcar com metais imobilizados pode ser aplicado tanto como material
bioadsorvente como suporte para processos fotocatalíticos em tratamento de
efluentes.