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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5063-1095
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Fecha de embargo: 2024-03-24
Título: Fotodegradação do corante azul de metileno aplicando catalisadores livres e suportados em fibras ocas cerâmicas
Título (s) alternativo (s): Photocatalytic degradation of methylene blue applying suspended and supported catalysts on ceramic hollow fibers
Autor: Sousa, Thiago Sousa e
Primer orientador: Reis, Miria Hespanhol Miranda
Primer coorientador: Vieira, Patrícia Angélica
Primer miembro de la banca: Lemos, Diego Andrade
Segundo miembro de la banca: Resende, Miriam Maria de
Resumen: O setor têxtil é considerado um dos mais importantes para a economia do Brasil, contudo é um dos setores com efluentes mais tóxicos, sendo esses efluentes carregados principalmente de surfactantes, metais e corantes. Dentre esses poluentes está o azul de metileno, um corante classificado como catiônico e aplicado pela indústria têxtil para tingir sedas e couros, esse corante pode causar efeitos mutagênicos e carcinogênicos ao ser humano. Os tratamentos de efluentes convencionais não são os mais adequados para tratar efluentes com corantes e, dessa forma, estudos propõem a aplicação de tratamentos alternativos, tais como a fotocatálise heterogênea. O processo fotocatalítico é baseado na formação de radicais hidroxila que oxidam os poluentes e para isso requerem o uso de uma fonte de irradiação e de catalisadores, dos quais o óxido de zinco (ZnO) e de titânio (TiO2) são os mais utilizados, em decorrência de sua boa estabilidade química e custo razoável. O uso de catalisadores imobilizados representa uma melhora no processo principalmente devido a facilidade de reuso dos mesmos. Sendo assim, neste trabalho foi avaliado o potencial dos catalisadores ZnO e TiO2 nas formas livre e imobilizada. Como suporte avaliou-se o uso de fibras ocas de alumina com distribuição de poros assimétrica. Ainda, verificou-se a influência do tipo de luz para degradação do corante azul de metileno, sendo avaliadas a luz visível e ultravioleta C (UVC). Por fim, verificou-se a possibilidade de reuso dos catalisadores. O efeito da concentração inicial do corante foi avaliado nos sistemas fotocatalíticos e variou de 5 a 30 mg/L. Em todos os sistemas foi observado que a atividade fotocatalítica diminui à medida que a concentração de corante aumenta. Os sistemas ZnO/luz visível e TiO2/luz UVC obtiveram índice de remoção de azul de metileno maiores que 95% para todas as concentrações iniciais de corante, sendo que as amostras tratadas apresentaram índice de luminosidade de 16,85 e 12,84 respectivamente e no teste de fitotoxicidade não houve inibição na germinação das sementes de Lactuca sativa. Já o sistema ZnO/ luz UVC, apesar de ter eficiência de 96% na remoção de azul de metileno, efeitos inibitórios no teste de fitotoxicidade foram observados com a amostra tratada, provavelmente devido a formação de fenol. O sistema fotocatalítico TiO2/luz visível mostrou os menores índices de remoção de corante. Devido a maior eficiência de remoção do corante e acessibilidade da lâmpada, o sistema com luz visível e catalisador ZnO imobilizado foi avaliado. O sistema com o ZnO imobilizado sob luz visível mostrou-se eficiente para concentrações abaixo de 15 mg/L, com índices de remoção maiores que 80%, sendo que o teste de fitotoxicidade mostrou que não houve efeitos inibitórios. O reuso do catalisador ZnO imobilizado foi eficiente até o oitavo ciclo com índices de remoção maiores que 80%, sem a necessidade de tratar o catalisador entre um ciclo e outro. Dessa forma, o sistema imobilizado mostrou-se eficiente aplicando como fonte de irradiação a luz visível, indicando que o sistema pode ser adaptado para receber a luz solar para ativar o catalisador.
Abstract: The textile sector is considered one of the most important for the Brazilian economy, however it is one of the sectors with the most toxic effluents, which are mainly loaded with surfactants, metals, and dyes. Among these pollutants is methylene blue, a dye classified as cationic and used by the textile industry to dye silks and leathers, besides this dye is toxic to humans and may cause mutagenic and carcinogenic effects. The conventional effluent treatments are not the most suitable for treating effluents with dyes and, therefore, studies propose the application of alternative treatments, such as heterogeneous photocatalysis. The photocatalytic process is based on the formation of hydroxyl radicals that oxidize the pollutants and to do this, they require the use of an irradiation source and catalysts, the zinc oxide (ZnO) and titanium (TiO2) are the most applied, due to its good chemical stability and reasonable cost. The use of immobilized catalysts represents an improvement in the process mainly due to their ease of reuse. Thus, in this work, the potential of ZnO and TiO2 catalysts in free and immobilized forms was evaluated. As support, the use of hollow alumina fibers with asymmetric pore distribution was evaluated. Moreover, the influence of the type of light on the degradation of the methylene blue dye was verified, being evaluated the visible light and ultraviolet C (UVC). Finally, the possibility of reusing the catalysts was verified. The effect of the initial dye concentration was evaluated in photocatalytic systems and ranged from 5 to 30 mg/L. In all systems it was observed that the photocatalytic activity decreases as the dye concentration increases. The ZnO/visible light and TiO2/UVC light systems obtained a methylene blue removal index greater than 95% for all initial dye concentrations, and the treated samples presented a luminosity index of 16.85 and 12.84 and in the phytotoxicity test there was no inhibition in the germination of Lactuca sativa seeds. As for the ZnO/UVC light system, despite having 96% efficiency in removing methylene blue, there were inhibitory effects in the phytotoxicity test were observed with the treated sample, probably due to production of phenol. The TiO2/visible light photocatalytic system showed the lowest dye removal rates. Due to higher dye removal efficiency and lamp accessibility, the system with visible light and immobilized ZnO catalyst was evaluated. The system with ZnO immobilized under visible light proved to be efficient for concentrations below 15 mg/L, with removal rates greater than 80%, and the phytotoxicity test showed no inhibitory effects. The reuse of the immobilized ZnO catalyst was efficient up to the eighth cycle with removal rates greater than 80%, without the need to treat the catalyst between one cycle and another. Thus, the immobilized system proved to be efficient by applying visible light as an irradiation source, indicating that the system can be adapted to receive sunlight to activate the catalyst.
Palabras clave: azul de metileno
methylene blue
óxido de zinco
zinc oxide
óxido de titânio
titanium oxide
fotocatálise heterogênea
heterogeneous photocatalysis
fibras ocas cerâmicas
ceramic hollow fibers
luz visível
visible light
reuso
reuse
Engenharia química
Chemical engineering
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Tema: Engenharia química
Indústria têxtil
Poluição industrial
Catalisadores
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Cita: SOUSA, Thiago Sousa e. Fotodegradação do corante azul de metileno aplicando catalisadores livres e suportados em fibras ocas cerâmicas. 2021. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.335
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.335
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34629
Fecha de defensa: 12-jul-2021
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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