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ORCID:  http://orcid.org/0009-0004-6824-6864
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de monolitos compósitos hierarquicamente porosos de acetato de celulose funcionalizados com TiO₂ para remoção de corantes em soluções aquosas por adsorção e fotocatálise
Alternate title (s): Development of hierarchically porous cellulose acetate composite monoliths functionalized with TiO₂ for dye removal from aqueous solutions by adsorption and photocatalysis
Author: Silva, Pedro Henrique Araújo e
First Advisor: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
First member of the Committee: Faria, Anizio Márcio de
Second member of the Committee: Barud, Hernane da Silva
Summary: A contaminação de sistemas aquáticos por corantes orgânicos constitui um importante problema ambiental devido à elevada estabilidade química e baixa biodegradabilidade desses compostos. Neste trabalho, foram desenvolvidos monolitos hierarquicamente porosos de acetato de celulose (MAC), puros e funcionalizados com TiO₂, visando à remoção dos corantes azul de metileno e Rodamina B por processos combinados de adsorção e fotocatálise. Os materiais foram obtidos por separação de fases induzida por não solvente, utilizando DMF e 1-octanol, com incorporação de diferentes teores de TiO₂. As caracterizações confirmaram a formação de estruturas monolíticas porosas e a incorporação da fase inorgânica à matriz polimérica. A presença de TiO₂ promoveu alterações morfológicas e aumento significativo da área superficial específica, destacando-se os compósitos com 2% e 11% de TiO₂, que apresentaram áreas de 54,61 e 57,82 m² g⁻¹, respectivamente, em comparação a 23,17 m² g⁻¹ para o monolito puro. Nos ensaios de adsorção do azul de metileno, os materiais apresentaram capacidade de remoção influenciada pela composição e pela estrutura porosa dos monolitos. Os dados cinéticos apresentaram melhor ajuste ao modelo de pseudo-segunda ordem, indicando que o processo adsortivo está associado principalmente às interações entre o corante e os sítios ativos presentes na matriz, com contribuição da área superficial, da porosidade e da incorporação do TiO₂. Nos ensaios cíclicos de adsorção/fotocatálise com azul de metileno e Rodamina B, os compósitos contendo TiO₂ apresentaram maior estabilidade da capacidade de remoção ao longo de 4 ciclos, evidenciando a contribuição da fotocatálise na regeneração parcial dos sítios adsorventes. Apesar das limitações difusionais e da heterogeneidade estrutural observadas, os resultados demonstram que os monolitos funcionalizados com TiO₂ possuem potencial para aplicação em processos de tratamento de efluentes, associando suporte polimérico renovável, estrutura hierarquicamente porosa e atividade fotocatalítica integrada.
Abstract: The contamination of aquatic systems by organic dyes constitutes an important environmental problem due to the high chemical stability and low biodegradability of these compounds. In this work, hierarchically porous cellulose acetate monoliths (CAM), both pure and functionalized with TiO₂, were developed aiming at the removal of methylene blue and Rhodamine B dyes through combined adsorption and photocatalysis processes. The materials were obtained by non-solvent-induced phase separation, using DMF and 1-octanol, with the incorporation of different TiO₂ contents. The characterizations confirmed the formation of porous monolithic structures and the incorporation of the inorganic phase into the polymeric matrix. The presence of TiO₂ promoted morphological changes and a significant increase in the specific surface area, with the composites containing 2% and 11% TiO₂ standing out, presenting areas of 54.61 and 57.82 m² g⁻¹, respectively, compared to 23.17 m² g⁻¹ for the pure monolith. In the methylene blue adsorption assays, the materials showed a removal capacity influenced by the composition and porous structure of the monoliths. The kinetic data showed the best fit to the pseudo-second-order model, indicating that the adsorption process is mainly associated with interactions between the dye and the active sites present in the matrix, with contributions from surface area, porosity, and TiO₂ incorporation. In the cyclic adsorption/photocatalysis assays with methylene blue and Rhodamine B, the TiO₂-containing composites showed greater stability in removal capacity over four cycles, evidencing the contribution of photocatalysis to the partial regeneration of the adsorbent sites. Despite the observed diffusional limitations and structural heterogeneity, the results demonstrate that TiO₂-functionalized monoliths have potential for application in wastewater treatment processes, combining a renewable polymeric support, a hierarchically porous structure, and integrated photocatalytic activity.
Keywords: Acetato de celulose
Cellulose acetate
Monolitos hierarquicamente porosos
Hierarchically porous monoliths
Dióxido de titânio
Titanium dioxide
Adsorção
Adsorption
Fotocatálise
Photocatalysis
Azul de metileno
Methylene blue
Rodamina B
Rhodamine B
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DE INTERFACES
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDES
Subject: Química
Acetato de celulose
Dióxido de titânio
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: SILVA, Pedro Henrique Araújo e. Desenvolvimento de monolitos compósitos hierarquicamente porosos de acetato de celulose funcionalizados com TiO₂ para remoção de corantes em soluções aquosas por adsorção e fotocatálise. 2026. 96 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI: https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.612.
Document identifier: https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.612
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49580
Date of defense: 14-May-2026
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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