Síntese e caracterização de compósitos de óxido de grafeno para remoção de corantes orgânicos e purificação de água

Marques, Paulo Henrique Colli

Síntese e caracterização de compósitos de óxido de grafeno para remoção de corantes orgânicos e purificação de água

Arquivos

marques_phc_me_rcla.pdf (2.36 MB)

Data

2024-03-14

Autores

Marques, Paulo Henrique Colli

Orientador

de Vicente, Fábio Simões

Pós-graduação

Física - IGCE 33004137063P6

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Dissertação de mestrado

Direito de acesso

Acesso aberto

Resumo

Resumo (português)

A disponibilidade de água, assim como outros problemas ambientais, é algo que a humanidade enfrenta devido à poluição e ao rápido crescimento urbano e industrial. Para contornar esse problema técnicas são empregadas, como dessalinização, osmose reversa, etc. Uma alternativa é o emprego de novos materiais, como o grafeno e o óxido de grafeno, que frente aos materiais convencionais possuem características químicas e físicas únicas, permitindo a captura de moléculas orgânicas e até mesmo alguns tipos de metais pesados em sua superfície. O óxido de grafeno (OG) pode ser obtido de diversas formas, como através da pirólise de ácido cítrico (AC) em atmosfera inerte ou não inerte. Assim, recobrindo areia com esse material é obtido um compósito areia-OG, com capacidade de remoção de corante orgânico como a Rodamina 6G (R6G) da água por processo de filtração. Neste trabalho foram preparados compósitos areia-OG (AOG) a partir da pirólise de ácido cítrico em forno convencional. Para estudo da eficiência do compósito AOG na remoção de corante R6G da água, parâmetros como temperatura e tempo de pirólise, razão das massas de ácido cítrico e areia, foram avaliados. Resultados de filtragem mostraram que o compósito areia-OG obtido a 300 ºC/2h, com razão areia/AC de 3% apresentou eficiência de remoção de 99 % para até 40 ml de solução de R6G 20 μM filtrada, usando 1,0 g de compósito, com capacidade de remoção, q, de até 0,40 mg/g (fluxo de 1,0 ml/min.cm2). Para aplicação prática o compósito é capaz de remover aproximadamente 0,4 g de R6G de 1,0 litro de água utilizando 1,0 kg de compósito. Os estudos do compósito foram desenvolvidos pelo método de filtragem através do processo de fluxo por uma coluna vertical de compósito e também por imersão do compósito na solução (contato), identificando a eficiência de remoção, capacidade de remoção e fazendo o uso do modelo de adsorção de primeira ordem de Lagergren para o método de imersão.

Resumo (inglês)

The availability of water, as well as other environmental problems, is something that humanity faces due to pollution and rapid urban and industrial growth. To overcome this problem, techniques are used, such as desalination, reverse osmosis, etc. An alternative is the use of new materials, such as graphene and graphene oxide, which, compared to conventional materials, have unique chemical and physical characteristics, allowing the capture of organic molecules and even some types of heavy metals on their surface. Graphene oxide (OG) can be obtained in several ways, such as through the pyrolysis of citric acid (CA) in an inert or non-inert atmosphere. Thus, by covering sand with this material, a sand-OG composite is obtained, capable of removing organic dyes such as Rhodamine 6G (R6G) from water through a filtration process. In this work, sand-OG (AOG) composites were prepared from citric acid pyrolysis in a conventional oven. To study the efficiency of the AOG composite in removing R6G dye from water, parameters such as temperature and pyrolysis time, mass ratio of citric acid and sand were evaluated. Filtration results showed that the sand-OG composite obtained at 300 ºC/2h, with a sand/AC ratio of 3% presented a removal efficiency of 99% for up to 40 ml of filtered 20 μM R6G solution, using 1.0 g of composite, with removal capacity, q, of up to 0.40 mg/g (flow of 1.0 ml/min.cm2). For practical application, the composite is capable of removing approximately 0.4 g of R6G from 1.0 liter of water using 1.0 kg of composite. The composite studies were developed using the filtration method through the flow process through a vertical composite column and also by immersing the composite in the solution (contact), identifying the removal efficiency, removal capacity and using the adsorption model. first-order Lagergren method for the immersion method.