Estudo da atividade fotocatalítica de ZnO modificado com líquido iônico
| dc.contributor.author | Levene, Manuel Bendecene | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-02T15:06:47Z | |
| dc.date.available | 2026-03-02T15:06:47Z | |
| dc.date.issued | 2026-03-02 | |
| dc.description | Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade. | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.identifier.uri | https://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9711 | |
| dc.language.iso | vi | |
| dc.rights | openAccess | |
| dc.subject | óxido de zinco | |
| dc.subject | azul de metileno | |
| dc.subject | líquido iônico | |
| dc.subject | corantes | |
| dc.title | Estudo da atividade fotocatalítica de ZnO modificado com líquido iônico | |
| dcterms.abstract | Synthetic dyes used in the textile industry represent one of the main sources of contamination in industrial wastewater. It is estimated that approximately 10–20% of the global dye production is lost during dyeing and finishing processes, significantly contributing to environmental pollution. Among these compounds, methylene blue is a cationic dye widely used in the textile industry and in research laboratories. In this context, the treatment of dye-containing effluents is often complex and costly, which in many cases results in the improper disposal of these solutions into the environment. To assist in this process, heterogeneous photocatalysis using zinc oxide (ZnO) has emerged as a promising alternative for wastewater treatment in the chemical industry, especially for the removal of methylene blue. Therefore, the present study aimed to evaluate the removal of methylene blue by heterogeneous photocatalysis, comparing the performance of different ZnO-based catalysts: pure ZnO and ZnO modified with 2.5, 5.0, 7.5, and 10,0 wt.% of the ionic liquid [TEA-PS][BF₄] (3-triethylammoniopropanesulfonic acid tetrafluoroborate), under different pH conditions and catalyst concentrations. For this purpose, a reactor equipped with a mercury vapor lamp was used, in which different masses of Zn0LI and Z10LI catalysts (10, 20, 30, 40, and 50 mg/50 mL) were evaluated in suspension in an aqueous methylene blue solution. The experiments included tests in the absence of radiation to assess the dye adsorption capacity, and under UV radiation to analyze photocatalytic degradation. The results showed that, in experiments without radiation, the 40 mg/50 mL catalyst mass exhibited the highest adsorption efficiency and was selected for subsequent experiments. Under UV irradiation, all ionic liquid-modified materials outperformed pure ZnO. Pure ZnO achieved approximately 72% degradation after 120 minutes, while samples containing 2.5, 7.5, and 10.0 wt.% ionic liquid exhibited efficiencies of approximately 75%, 86%, and 84%, respectively. The sample modified with 5 wt.% ionic liquid (Z5LI) showed the best performance, reaching approximately 89% degradation within the same time interval. Kinetic analysis indicated that all reactions followed a pseudo-first-order model, with determination coefficients (R²) ranging from 0.9526 to 0.9982. The kinetic constant of the modified sample (k = 0.0189 min⁻¹) was higher than that of pure ZnO (k = 0.0100 min⁻¹), demonstrating the positive effect of the structural and electronic modification promoted by the ionic liquid. Furthermore, specific surface area analyses revealed a significant increase with the incorporation of the ionic liquid, rising from approximately 22.02 m² g⁻¹ for pure ZnO to 27.22 m² g⁻¹ for the Z5LI sample, which contributed to greater availability of active sites and, consequently, enhanced photocatalytic efficiency. In conclusion, the results demonstrate that heterogeneous photocatalysis using ZnO modified with the ionic liquid [TEA-PS][BF₄] is effective in the degradation of methylene blue and is influenced by factors such as solution pH, catalyst mass, dopant composition, and specific surface area. |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Carregando...
- Nome:
- Estudo da atividade fotocatalítica de ZnO modificado com líquido iônico.pdf
- Tamanho:
- 4.74 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
Licença do Pacote
1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
- Nome:
- license.txt
- Tamanho:
- 1.82 KB
- Formato:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Descrição: