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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-6813-4812
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2026-02-09
Title: Síntese de óxido de grafeno a partir de grafita reciclada de baterias de íons de lítio e aplicação em membranas para remoção de corantes
Alternate title (s): Synthesis of graphene oxide from recycled graphite from lithium-ion batteries and its application in membranes for dye removal
Author: Dias, Warlen Agnelo
First Advisor: Ferreira, Juliana de Souza
First coorientator: Reis, Miria Hespanhol Miranda
First member of the Committee: Cardoso, Vicelma Luiz
Second member of the Committee: Moravia, Miriam Cristina Santos Amaral
Third member of the Committee: Gelamo, Rogério Valentim
Summary: Na conjuntura, o elevado consumo de aparelhos eletrônicos desencadeou um aumento na demanda por baterias de íons de lítio (LIBs). Essas baterias são compostas por metais valiosos e grafita, exigindo que alternativas de reciclagem desses materiais sejam estabelecidas para evitar o acúmulo de lixo eletrônico no ambiente. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi reciclar a grafita oriunda de LIBs, aplicá-la como fonte de matéria prima para produção de óxido de grafeno (OG) e investigar o uso desse OG como material de revestimento em membranas de fibra oca para remoção de corantes de soluções aquosas. Para termos de comparação, utilizou-se quatro grafitas comerciais como parâmetros para o material reciclado. A grafita reciclada foi caracterizada através das técnicas de difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, fluorescência de raios-X (FRX), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA) e granulométrica. Os resultados mostraram que o material extraído apresenta características similares às grafitas comerciais. Os OGs foram caracterizados pelas técnicas DRX, Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia UV Vis, TGA, MEV, microscopia de força Atômica (AFM) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os materiais sintetizados apresentaram todas as características de um OG de qualidade. O OG sintetizado a partir da grafita das LIBs foi misturado com o agente reticulante etilenodiamina (EDA) para produzir as membranas (OG/EDA-2)D4, (OG/EDA-4)D4 e (OG/EDA-4)D24. A fibra oca de alumina sem OG (AL) e as membranas revestidas foram caracterizadas através das análises MEV, AFM e permeância hidráulica. Em relação aos ensaios de remoção do corante vermelho de congo, as membranas AL, (OG/EDA-2)D4, (OG/EDA-4)D4 e (OG/EDA-4)D24 apresentaram, respectivamente, retenções de 21,53 ± 4,51%, 69,23 ± 1,05%, 99,68 ± 1,03% e 98,35 ± 2,57, respectivamente. Avaliou-se também a membrana (OG/EDA-4)D4 na remoção dos corantes violeta cristal e remazol blue, cujas porcentagens de remoção foram 98,80 ± 0,04% e 90,89 ± 2,02%, respectivamente. Ademais, a membrana (OG/EDA-4)D4 mostrou-se capaz de ser reutilizada em múltiplos ciclos e alta estabilidade em soluções ácidas e alcalinas, validando o seu uso em aplicações industriais.
Abstract: In the current scenario, the high consumption of electronic devices has triggered an increase in the demand for lithium-ion batteries (LIBs). These batteries are composed of valuable metals and graphite, necessitating the establishment of recycling alternatives for these materials to prevent the accumulation of electronic waste in the environment. In this context, the objective of this work was to recycle graphite from LIBs, apply it as a raw material for the production of graphene oxide (GO), and investigate the use of this GO as a coating material in hollow fiber membranes for the removal of dyes from aqueous solutions. For comparison purposes, four commercial graphites were used as parameters for the recycled material. The recycled graphite was characterized using X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray fluorescence (XRF), energy-dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and particle size analysis. The results showed that the extracted material exhibits characteristics similar to commercial graphites. The GOs were characterized using XRD, Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT IR), UV-Vis spectroscopy, TGA, SEM, atomic force microscopy (AFM), and transmission electron microscopy (TEM). The synthesized materials displayed all the characteristics of high-quality GO. The GO synthesized from LIBs' graphite was mixed with the cross-linking agent ethylenediamine (EDA) to produce membranes (OG/EDA-2)D4, (OG/EDA-4)D4, and (OG/EDA-4)D24. The hollow alumina fiber without GO (AL) and the coated membranes were characterized through SEM, AFM, and hydraulic permeance analyses. Regarding the removal tests of Congo red dye, the membranes AL, (OG/EDA-2)D4, (OG/EDA-4)D4, and (OG/EDA-4)D24 showed retention rates of 21.53 ± 4.51%, 69.23 ± 1.05%, 99.68 ± 1.03%, and 98.35 ± 2.57%, respectively. The membrane (OG/EDA-4)D4 was also evaluated for the removal of crystal violet and remazol blue dyes, with removal percentages of 98.80 ± 0.04% and 90.89 ± 2.02%, respectively. Furthermore, the membrane (OG/EDA-4)D4 demonstrated the ability to be reused in multiple cycles and exhibited high stability in acidic and alkaline solutions, validating its use in industrial applications.
Keywords: Membranas
Óxido de grafeno
Reciclagem
Remoção de corantes
Tratamento de água
Sustentabilidade
Membranes
Graphene oxide
Recycling
Dye removal
Water treatment
Sustainability
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::TRATAMENTOS E APROVEITAMENTO DE REJEITOS
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: DIAS, Warlen Agnelo. Síntese de óxido de grafeno a partir de grafita reciclada de baterias de íons de lítio e aplicação em membranas para remoção de corantes. 2024. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.65.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.65
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41421
Date of defense: 9-Feb-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 6. Água potável e saneamento - Garantir disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos.
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