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Sílica mesoporosa esférica para aplicação em processo de sorção de corantes catiônicos em meio ácido

The demand for novel materials aiming at environmental applications to mitigate the impact caused by the increase in the generation of industrial waste has grown and suggested the approximation of university and productive sector. The textile industry is among the main polluters in the world and thi...

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Autor principal:	Paula, Felipe do Casal de
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Resíduos industriais - Aspectos ambientais Adsorção Indústria têxtil Factory and trade waste - Environmental aspects Adsorption Textile industry CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA Engenharia/Tecnologia/Gestão
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5242
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spelling	riut-1-52422020-10-17T06:01:13Z Sílica mesoporosa esférica para aplicação em processo de sorção de corantes catiônicos em meio ácido Paula, Felipe do Casal de Bail, Alesandro https://orcid.org/0000-0002-1631-9302 http://lattes.cnpq.br/1280246965220928 Giona, Renata Mello https://orcid.org/0000-0002-1759-0671 http://lattes.cnpq.br/0374251191542394 Bail, Alesandro https://orcid.org/0000-0002-1631-9302 http://lattes.cnpq.br/1280246965220928 Lisboa, Fábio da Silva https://orcid.org/0000-0001-8276-866X http://lattes.cnpq.br/1103010259148005 Bezerra, Fabricio Maesta https://orcid.org/0000-0003-1781-7845 http://lattes.cnpq.br/3677722947241175 Resíduos industriais - Aspectos ambientais Adsorção Indústria têxtil Factory and trade waste - Environmental aspects Adsorption Textile industry CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA Engenharia/Tecnologia/Gestão The demand for novel materials aiming at environmental applications to mitigate the impact caused by the increase in the generation of industrial waste has grown and suggested the approximation of university and productive sector. The textile industry is among the main polluters in the world and this is directly associated with the high production of the sector, and water pollution from dyeing processes is one of the main concerns. The adsorption processes for removing dyes from effluents are among the most investigated and used technologies by the productive sector, however, given the multiplicity of factors and the diversity of characteristics of the textile effluents, there is a demand for novel materials or even for adaptations of materials used for improve the effectiveness of available treatments. In this sense, spherical mesoporous silica (SMPS) was prepared with adaptations in the methodology used for the synthesis of silica MCM-41 in order to apply the method on an industrial scale. Its effectiveness in removing cationic dyes in acidic medium was evaluated using the dye model methylene blue and, for comparison, the anionic dyes Congo Red and Acid Black 172. SMPS was characterized by textural analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), vibrational infrared spectroscopy (FTIR) and pH of zero charge point (pHPZC). SEM images showed the formation of well-defined spherical particles with sizes ranging from 0.5 to 2.0 m. The textural analysis showed a narrow distribution of the pore size in two sets, 1.9 nm and the other between 3 and 6 nm, indicating that the solvothermal process employed was successful. The heat treatment of SMPS was monitored by FTIR and no vibrational band was observed between 2800-2950 cm-1, indicating the removal of the structuring agent of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). SMPS presented a specific area of 348 m² g-1 and pore volume of 0.847 cm³ g-1 . Accuracy in obtaining the pHPZC was not possible, but the result suggested a value of approximately 0.5, being a result of the applied thermal treatment and conversion of silanol to siloxane groups, more hydrophobic and susceptible to protonation only in extremely acidic conditions. The adsorption results showed that SMPS was about four times more effective in removing the methylene blue cationic dye than for anionic dyes. The adsorption kinetics of methylene blue followed the pseudo-second order model with a high adsorption rate in the first 20 minutes of contact. The removal of the cationic dye was more effective at a lower pH, contrary to most studies in which adsorption occurs on surfaces covered with hydroxyl groups, whose pH range that favors adsorption is basic due to the formation of negative charge from the deprotonated hydroxyl groups. The adsorption of methylene blue in SMPS was ruled by physical forces (physisorption) and fitted to the Freundlich isotherm (multilayer) and Temkin isotherm (adsorbate-adsorbate interaction) models. SMPS showed the potential to be applied as an alternative/complementary adsorbent in processes of removal of cationic dyes in acidic medium and, in addition, total regeneration capacity by thermal treatment. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A demanda por novos materiais com aplicações ambientais visando mitigar o impacto causado pelo aumento da geração de resíduos industriais tem crescido e exigido aproximação da universidade ao setor produtivo. A indústria têxtil figura entre os principais poluidores do mundo e isso está diretamente associado à alta produção do setor, sendo que a poluição hídrica oriunda dos processos de tingimento é uma das principais preocupações. Os processos de adsorção para remoção de corantes de efluentes estão entre as tecnologias mais investigadas e utilizadas pelo setor produtivo, porém, dada a multiplicidade de fatores e diversidade de características dos efluentes têxteis, há demanda por novos materiais ou mesmo por adaptações de materiais utilizados para melhorar a eficácia dos tratamentos disponíveis. Nesse sentido, a sílica mesoporosa esférica (SMPE) foi preparada com adaptações em metodologia empregada para síntese de sílica MCM-41 visando a aplicação do método em escala industrial. Sua eficácia na remoção de corantes catiônicos em meio ácido foi avaliada utilizando o corante modelo azul de metileno e, para efeito de comparação, os corantes aniônicos vermelho congo e ácido preto 172. A SMPE foi caracterizada por meio de análise textural, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia vibracional de infravermelho (FTIR) e pH do ponto de carga zero (pHPCZ). As imagens de MEV mostraram a formação de partículas esféricas bem definidas com tamanho que variou de 0,5 a 2 m. A análise textural mostrou distribuição estreita do tamanho de poros em dois conjuntos, 1,9 nm e outro entre 3 e 6 nm, indicando que o processo solvotérmico empregado foi bemsucedido. O tratamento térmico da SMPE foi monitorado por FTIR e nenhuma banda vibracional foi observada entre 2800-2950 cm-1 , indicando a remoção do agente estruturante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). A SMPE apresentou área específica de 348 m² g-1 e volume de poro de 0,847 cm³ g-1 . Os dados do pHPCZ não foram precisos, porém o resultado sugeriu valor de, aproximadamente, 0,5, sendo um resultado do tratamento térmico aplicado a conversão de grupos silanois a siloxanos, estes hidrofóbicos e passíveis de protonação somente em condições extremamente ácidas. Os resultados de adsorção mostraram que a SMPE foi, cerca de quatro vezes mais eficaz na remoção do corante catiônico azul de metileno em relação aos corantes aniônicos. A cinética de adsorção do azul de metileno seguiu o modelo de pseudosegunda ordem com uma velocidade de adsorção elevada nos primeiros 20 minutos de contato. A remoção do corante catiônico foi mais eficaz em pH mais baixo, contrariando a maioria dos estudos em que adsorção ocorre em superfícies cobertas com grupos hidroxila, cuja faixa de pH que favorece a adsorção é básica devido à formação de carga negativa oriunda dos grupos hidroxila desprotonados. A adsorção do azul de metileno na SMPE foi regido por forças físicas (fisissorção) e ajustada aos modelos de isoterma de Freundlich (multicamada) e Temkin (interação adsorvatoadsorvato). A SMPE mostrou potencial para ser aplicada como adsorvente alternativo/complementar em processos de remoção de corantes catiônicos em meio ácido e, além disso, capacidade total de regeneração por tratamento térmico. 2020-10-16T22:19:18Z 2020-10-16T22:19:18Z 2020-08-11 masterThesis PAULA, Felipe do Casal de. Sílica mesoporosa esférica para aplicação em processo de sorção de corantes catiônicos em meio ácido. 2020. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5242 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Londrina Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental UTFPR
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description	The demand for novel materials aiming at environmental applications to mitigate the impact caused by the increase in the generation of industrial waste has grown and suggested the approximation of university and productive sector. The textile industry is among the main polluters in the world and this is directly associated with the high production of the sector, and water pollution from dyeing processes is one of the main concerns. The adsorption processes for removing dyes from effluents are among the most investigated and used technologies by the productive sector, however, given the multiplicity of factors and the diversity of characteristics of the textile effluents, there is a demand for novel materials or even for adaptations of materials used for improve the effectiveness of available treatments. In this sense, spherical mesoporous silica (SMPS) was prepared with adaptations in the methodology used for the synthesis of silica MCM-41 in order to apply the method on an industrial scale. Its effectiveness in removing cationic dyes in acidic medium was evaluated using the dye model methylene blue and, for comparison, the anionic dyes Congo Red and Acid Black 172. SMPS was characterized by textural analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), vibrational infrared spectroscopy (FTIR) and pH of zero charge point (pHPZC). SEM images showed the formation of well-defined spherical particles with sizes ranging from 0.5 to 2.0 m. The textural analysis showed a narrow distribution of the pore size in two sets, 1.9 nm and the other between 3 and 6 nm, indicating that the solvothermal process employed was successful. The heat treatment of SMPS was monitored by FTIR and no vibrational band was observed between 2800-2950 cm-1, indicating the removal of the structuring agent of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). SMPS presented a specific area of 348 m² g-1 and pore volume of 0.847 cm³ g-1 . Accuracy in obtaining the pHPZC was not possible, but the result suggested a value of approximately 0.5, being a result of the applied thermal treatment and conversion of silanol to siloxane groups, more hydrophobic and susceptible to protonation only in extremely acidic conditions. The adsorption results showed that SMPS was about four times more effective in removing the methylene blue cationic dye than for anionic dyes. The adsorption kinetics of methylene blue followed the pseudo-second order model with a high adsorption rate in the first 20 minutes of contact. The removal of the cationic dye was more effective at a lower pH, contrary to most studies in which adsorption occurs on surfaces covered with hydroxyl groups, whose pH range that favors adsorption is basic due to the formation of negative charge from the deprotonated hydroxyl groups. The adsorption of methylene blue in SMPS was ruled by physical forces (physisorption) and fitted to the Freundlich isotherm (multilayer) and Temkin isotherm (adsorbate-adsorbate interaction) models. SMPS showed the potential to be applied as an alternative/complementary adsorbent in processes of removal of cationic dyes in acidic medium and, in addition, total regeneration capacity by thermal treatment.
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Sílica mesoporosa esférica para aplicação em processo de sorção de corantes catiônicos em meio ácido

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