IES - Dissertação

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Navegando IES - Dissertação por Assunto "azul de metileno"

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    Estudo da atividade fotocatalítica de ZnO modificado com líquido iônico
    (2026-03-02) Levene, Manuel Bendecene
    Os corantes sintéticos utilizados na indústria têxtil representam uma das principais fontes de contaminação das águas residuais industriais, sendo estimado que cerca de 10 a 20 % da produção mundial de corantes seja perdida durante os processos de tingimento e acabamento, contribuindo significativamente para a poluição ambiental. Entre esses compostos, o AM é um corante catiônico amplamente utilizado na indústria têxtil e em laboratórios de pesquisa. Nesse contexto, o tratamento de efluentes contendo corantes é frequentemente complexo e oneroso, o que, em muitos casos, resulta em descartes inadequados dessas soluções no meio ambiente. Para auxiliar nesse processo, a fotocatálise heterogênea com a utilização de óxido de zinco (ZnO) tem se destacado como uma alternativa promissora para o tratamento de efluentes na indústria química, especialmente para a remoção do AM. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a remoção do AM por fotocatálise heterogênea, comparando o desempenho de diferentes catalisadores à base de ZnO: ZnO puro e ZnO modificado com 2,5, 5,0, 7,5 e 10,0% m/m do líquido iônico [TEA-PS][BF₄] (tetrafluoroborato de ácido 3-trietilamôniopropanossulfônico), sob diferentes condições de pH e concentrações de catalisador. Para isso, foi utilizado um reator equipado com lâmpada de vapor de mercúrio, no qual foram avaliadas diferentes massas de catalisador Zn0LI e Z10LI (10, 20, 30, 40 e 50 mg/50 mL) em suspensão em solução aquosa de AM. Os experimentos incluíram ensaios na ausência de radiação, para avaliação da capacidade de adsorção do corante, e na presença de radiação UV, para análise da degradação fotocatalítica. Os resultados mostraram que, nos ensaios sem radiação, a massa de 40 mg/50 mL de catalisador apresentou a maior eficiência de adsorção, sendo selecionada para os experimentos subsequentes. Sob irradiação UV, todos os materiais modificados com líquido iônico apresentaram desempenho superior ao do ZnO puro. O ZnO puro apresentou aproximadamente 72% de degradação após 120 minutos, enquanto as amostras contendo 2,5, 7,5 e 10,0% m/m de líquido iônico exibiram eficiências de aproximadamente 75, 86 e 84%, respectivamente. A amostra modificada com 5% m/m de líquido iônico (Z5LI) apresentou o melhor desempenho, alcançando cerca de 89% de degradação no mesmo intervalo de tempo. A análise cinética indicou que todas as reações seguiram o modelo de pseudo-primeira ordem, com coeficientes de determinação (R²) variando entre 0,9526 e 0,9982. A constante cinética da amostra modificada (k = 0,0189 min⁻¹) foi superior à do ZnO puro (k = 0,0100 min⁻¹), evidenciando o efeito positivo da modificação estrutural e eletrônica promovida pelo líquido iônico. Além disso, as análises de área superficial específica revelaram um aumento significativo com a incorporação do líquido iônico, passando de aproximadamente 22,02 m² g⁻¹ para o ZnO puro para 27,22 m² g⁻¹ na amostra Z5LI, o que contribuiu para a maior disponibilidade de sítios ativos e, consequentemente, para o aumento da eficiência fotocatalítica. Em conclusão, os resultados demonstram que a fotocatálise heterogênea utilizando ZnO modificado com o líquido iônico [TEA-PS][BF₄] é eficaz na degradação do AM, sendo influenciada por fatores como pH da solução, massa do catalisador, composição dopante e área superficial específica. Resumen Los colorantes sintéticos utilizados en la industria textil representan una de las principales fuentes de contaminación de las aguas residuales industriales, estimándose que alrededor del 10 al 20 % de la producción mundial de colorantes se pierde durante los procesos de teñido y acabado, contribuyendo significativamente a la contaminación ambiental. Entre estos compuestos, el AM es un colorante catiónico ampliamente utilizado en la industria textil y en laboratorios de investigación. En este contexto, el tratamiento de efluentes que contienen colorantes suele ser complejo y costoso, lo que, en muchos casos, da lugar a la disposición inadecuada de estas soluciones en el medio ambiente. Para contribuir a la mitigación de este problema, la fotocatálisis heterogénea utilizando óxido de zinc (ZnO) se ha destacado como una alternativa prometedora para el tratamiento de efluentes en la industria química, especialmente para la remoción del AM. Por lo tanto, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar la remoción del AM por fotocatálisis heterogénea, comparando el desempeño de diferentes catalizadores a base de ZnO: ZnO puro y ZnO modificado con 2,5; 5,0; 7,5 y 10,0 % m/m del líquido iónico [TEA-PS][BF₄] (tetrafluoroborato de ácido 3-trietilamonio-propanosulfónico), bajo diferentes condiciones de pH y concentraciones de catalizador. Para ello, se utilizó un reactor equipado con una lámpara de vapor de mercurio, en el cual se evaluaron diferentes masas de catalizador Zn0LI y Z10LI (10, 20, 30, 40 y 50 mg/50 mL) en suspensión en una solución acuosa de AM. Los experimentos incluyeron ensayos en ausencia de radiación, para evaluar la capacidad de adsorción del colorante, y en presencia de radiación UV, para analizar la degradación fotocatalítica. Los resultados mostraron que, en los ensayos sin radiación, la masa de 40 mg/50 mL de catalizador presentó la mayor eficiencia de adsorción, siendo seleccionada para los experimentos posteriores. Bajo irradiación UV, todos los materiales modificados con líquido iónico presentaron un desempeño superior al del ZnO puro. El ZnO puro mostró aproximadamente un 72 % de degradación tras 120 minutos, mientras que las muestras que contenían 2,5; 7,5 y 10,0 % m/m de líquido iónico exhibieron eficiencias de aproximadamente 75, 86 y 84 %, respectivamente. La muestra modificada con 5 % m/m de líquido iónico (Z5LI) presentó el mejor desempeño, alcanzando cerca del 89 % de degradación en el mismo intervalo de tiempo. El análisis cinético indicó que todas las reacciones siguieron el modelo de pseudo-primer orden, con coeficientes de determinación (R²) que variaron entre 0,9526 y 0,9982. La constante cinética de la muestra modificada (k = 0,0189 min⁻¹) fue superior a la del ZnO puro (k = 0,0100 min⁻¹), lo que evidencia el efecto positivo de la modificación estructural y electrónica promovida por el líquido iónico. Además, los análisis del área superficial específica revelaron un aumento significativo con la incorporación del líquido iónico, pasando de aproximadamente 22,02 m² g⁻¹ para el ZnO puro a 27,22 m² g⁻¹ para la muestra Z5LI, lo que contribuyó a una mayor disponibilidad de sitios activos y, en consecuencia, a un aumento de la eficiencia fotocatalítica. En conclusión, los resultados demuestran que la fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO modificado con el líquido iónico [TEA-PS][BF₄] es eficaz en la degradación del AM, siendo influenciada por factores como el pH de la solución, la masa del catalizador, la composición dopante y el área superficial específica.