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http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/6149
Tipo: | Dissertação |
Título: | Fotocatalisadores do tipo α-Fe2O3/ZnO e α-Fe2O3/CeO2 aplicados na degradação do corante Azul de Metileno |
Autor(es): | Barros, Tayná Silva Bernardino de |
Primeiro Orientador: | Barros, Willyam Róger Padilha |
metadata.dc.contributor.referee1: | Souza, Victor Hugo Rodrigues de |
metadata.dc.contributor.referee2: | Bezerra, Cícero Wellington Brito |
Resumo: | Os processos oxidativos avançados (POAs) têm se destacado como métodos alternativos e promissores no tratamento de águas residuárias e efluentes industriais. Dentre os POAs destaca-se o processo de fotólise, que envolve a ativação de um semicondutor por luz artificial ou solar. Assim, o presente trabalho desenvolveu fotocatalisadores eficientes aplicados no processo de degradação do tipo Fenton do corante Azul de Metileno (AM). O estudo de degradação foi conduzido em pH 3,0; 6,6 e 9,0 utilizando catalisadores baseados em óxido de zinco (ZnO) e óxido de cério (CeO2) decoradas com 2,5%; 5,0%; 10% e 15% de hematita (α- Fe2O3). Os catalisadores foram sintetizados pelo método de co precipitação e caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV/FEG), análise de fisissorção por N2(g), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ponto de carga zero (pHPCZ) e espectroscopia de refletância difusa (ERD). Os experimentos de degradação foram realizados em um reator de compartimento único contendo um sistema de recirculação de água e temperatura controlada de 25 ºC, e a reação se processou sob agitação durante 60 min. As amostras da solução de AM (50 mg L-1) foram coletadas em tempos específicos durante a degradação e submetidas à análise do decaimento de absorbância por espectrofotometria de UV-vis. Inicialmente verificou-se que quando aplicado o processo foto-Fenton a eficiência de remoção do AM foi de 96,2 e 94,0% quando utilizados os catalisadores com a composição de 5,0% α-Fe2O3/ZnO e 5,0% α-Fe2O3/CeO2, respectivamente. A elevada eficiência catalítica de remoção de cor, se deve ao sinergismo entre os íons Fe3+ com os íons Zn2+ ou Ce4+, havendo alta promoção de espécies fotoradicalares devido à combinação ao efeito Fenton. Para estes experimentos utilizaram-se inicialmente 50 mg de catalisador, 0,5 mL de H2O2, pH 6,6 e uma lâmpada de vapor de mercúrio de 250 W (radiação UVA). Os estudos de otimização dos parâmetros de degradação, apontaram que não houve diferença significativa na remoção de cor do AM ao variar-se os parâmetros. Desse modo, os parâmetros de otimização escolhidos foram 10 mg de catalisador, pH 6,6, volume de H2O2 de 100 µL e concentração do corante AM de 10 mg L-1. Amostras reais de água foram utilizadas como fonte de contaminação de corante, e observou-se pouca interferência do meio, sendo alcançados elevada remoção de cor (~100%). Demostrou-se também que, após a degradação foto-Fenton, os subprodutos formados ao longo do processo não apresentaram elevada toxicidade quando em contato com a espécie Lactuca sativa L. A reutilização dos nanomateriais 5,0% α-Fe2O3/ZnO e 5,0% α-Fe2O3 /CeO2, mostrou elevada estabilidade catalítica após oito ciclos consecutivos de degradação quando aplicado o processo foto-Fenton, assim como também não houve mudança significativa espectral do FTIR após a aplicação dos catalisadores. |
Abstract: | Advanced oxidation processes (AOPs) have emerged as promising alternative methods for treating wastewater and industrial effluents. Among the AOPs, the photolysis process stands out, which involves the activation of a semiconductor by artificial or sunlight. Thus, the present work developed efficient photocatalysts applied in the Fenton-like degradation process of the Methylene Blue (MB) dye. The degradation study was conducted at pH 3.0; 6.6 and 9.0 using zinc oxide (ZnO) and cerium oxide (CeO2) based catalysts decorated with 2.5%; 5.0%; 10% and 15% hematite (α-Fe2O3). The catalysts were synthesized by the co-precipitation method. All catalysts were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM/FEG), N2(g) physisorption analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), point of zero charge (pHPZC) and diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The degradation experiments were carried out in a single compartment reactor containing a water recirculation system and a controlled temperature of 25 ºC, and the reaction was processed under agitation for 60 min. Samples of MB solution (50 mg L-1) were collected at specific times and subjected to absorbance decay analysis by UV-vis spectrophotometry. Initially, it was found that when the photo-Fenton process was applied, the MB dye removal efficiency was 96.2 and 94.0% when using catalysts with a composition of 5.0% α-Fe2O3/ZnO and 5.0% α-Fe2O3/CeO2, respectively. The high catalytic efficiency of color removal is due to the synergism between Fe3+ ions with Zn2+ or Ce4+ ions, presenting high promotion of photoradical species due to the combination with the Fenton effect. For this experiments, 50 mg of catalyst, 500 µL of H2O2, pH 6.6 and a 250 W Hg lamp (UVA radiation) were used initially. The optimization studies of the degradation parameters showed that there was no significant difference in the MB color removal when varying these parameters. Thus, the optimization parameters chosen were 10 mg of catalyst, pH 6.6, H2O2 volume of 100 µL and MB dye concentration of 10 mg L-1. Real water samples were used as a source of dye contamination, and little interference from the medium was observed, achieving high color removal (~100%). It was also shown that, after the photo-Fenton degradation, the by-products formed during the process did not present high toxicity when in contact with the Lactuca sativa L. specie. The reuse of the 5.0% α-Fe2O3/ZnO and 5.0% α Fe2O3/CeO2, showed high catalytic stability after eight consecutive cycles of degradation when the photo-Fenton process was applied, as well as there was no significant spectral change in the FTIR after the application of the catalysts. |
Palavras-chave: | Hematita Hematite Óxidos metálicos Metallic oxides Fotocatálise Photocatalysis |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Grande Dourados |
Sigla da Instituição: | UFGD |
metadata.dc.publisher.department: | Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de pós-graduação em Química |
Citação: | BARROS, Tayná Silva Bernardino de. Fotocatalisadores do tipo α-Fe2O3/ZnO e α-Fe2O3/CeO2 aplicados na degradação do corante Azul de Metileno. 2023. 83 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2023. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/6149 |
Data do documento: | 30-Jun-2023 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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