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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34839
Tipo: Tese
Título: Residuos sem purificação utilizados como matéria-prima para sintese de produtos destinados ao tratamento de efluentes
Autor(es): Cahino, Arthur Marinho
Primeiro Orientador: Rocha, Elisângela Maria Rodrigues
Resumo: Os resíduos sólidos são considerados um dos maiores responsáveis pelas agressões ao meio ambiente, tornando necessário o desenvolvimento de pesquisas com o objetivo de reinseri-los na cadeia produtiva como novo material, viabilizando sua utilização nos mais diversos setores econômicos. Essa pesquisa buscou investigar o uso de resíduos alternativos, como a casca do ovo e a pasta eletrolítica de pilhas pós consumo, como matérias primas para a síntese de produtos destinados ao tratamento de efluentes. Avaliou-se a utilização do óxido de cálcio (CaO) proveniente da casca do ovo de galináceo (material 1) calcinada a 600, 700, 800 e 900 ºC por 2 horas e do óxido de zinco (ZnO) proveniente de pasta eletrolítica de pilhas pós-consumo (material 2) calcinado a 500 ºC por 4 horas, ambos como fotocatalisadores heterogêneos alternativos sem purificação. Os materiais obtidos foram caracterizados através de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Refletância Difusa para o cálculo do band gap, Termogravimetria (TG) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Os materiais foram testados por meio de planejamento fatorial 2 2 e cinética de degradação do corante Rubi GDN e do efluente têxtil in natura. Os resultados das caracterizações por DRX e FTIR comprovaram que os principais componentes são óxidos de cálcio para a casca do ovo e óxido de zinco para a pasta eletrolítica. A investigação do band gap mostrou que os materiais possuem energia próxima a 3,0 eV, semelhante a catalisadores comerciais como TiO2 e ZnO e, portanto, possuem reconhecida propriedades óticas para aplicação em processo de fotocatálise solar. A curva termogravimétrica informou a ótima estabilidade do CaO e ZnO alcançada após 780 ºC e 690 ºC, respectivamente. As micrografias para o CaO permitiram concluir que, à medida que se aumenta a temperatura de calcinação, o material vai tomando formas mais regulares. Para o ZnO, as micrografias obtidas permitiram concluir que o material possui formas regulares, bem definidas e com baixo grau de porosidade. O EDS permitiu verificar que a composição química dos materiais é de aproximadamente 75% de CaO para o produto sintetizado a partir da casca do ovo e para o produto ZnO produzido a partir do resíduo da pilha. A partir dos ensaios de fotocatálise heterogênea solar do Rubi GDN, foi possível verificar que 1,0 g/L de CaO calcinado a 900 ºC alcançou 57% de remoção de cor em uma concentração inicial de 20 mg/L do corante e após 120 minutos de exposição à radiação solar. Foi possível verificar que a utilização do ZnO resultou na remoção de 28,5% da cor após 120 minutos de exposição à radiação solar, quando se utilizou 1,0 g/L de ZnO. A partir de um planejamento fatorial 2 3 com o efluente têxtil in natura e o material a base ZnO sem purificação, obteve eficiência máxima de degradação de 31% (1,25 g/L de catalisador, pH 12 e 120 minutos de exposição à radiação). Concluiu-se que materiais investigados possuem potencial como catalisadores heterogêneos alternativos, mesmo sem processos de purificação dos resíduos alternativos estudados, sendo novos produtos a serem aplicados como alternativa à remoção de cor de efluentes têxteis e sustentável com base nos princípios da economia circular.
Abstract: Solid waste is considered one of the main contributors to environmental harm, making it necessary to develop research aimed at reintegrating waste into the production chain as a new material, enabling its use in various economic sectors. This research aimed to investigate the use of alternative residues, such as eggshells and post-consumer battery electrolyte paste, as raw materials for synthesizing products intended for effluent treatment. The application of the obtained products (CaO and ZnO) was evaluated for color removal and the degradation of the Ruby GDN dye in an aqueous solution. The use of calcium oxide (CaO) derived from calcined chicken eggshells (Residue 1) at 600, 700, 800, and 900 °C for 2 hours, and zinc oxide (ZnO) derived from post-consumer battery electrolyte paste (Residue 2) calcined at 500 °C for 4 hours, was assessed as alternative heterogeneous photocatalysts without purification, meaning without additional enhancement processes. The obtained products were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Diffuse Reflectance for band gap calculation, Thermogravimetry (TG), and Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). The catalysts were tested using a 22 factorial design and the kinetic degradation of the Ruby GDN dye and untreated textile effluent. XRD and FTIR characterization results showed that the main components are calcium oxides for the eggshell and zinc oxide for the electrolyte paste. Band gap analysis revealed that the materials possess energy values very close to 3.0 eV, similar to commercial catalysts like TiO2 and ZnO, thus having recognized optical properties for photocatalysis applications. The thermogravimetric curve indicated excellent stability of CaO and ZnO at high temperatures, reaching stability after 780 °C and 690 °C, respectively. Micrographs for CaO showed that as calcination temperature increased, the material developed more regular shapes. For ZnO, the micrographs indicated well-defined, regular shapes with low porosity. EDS analysis verified a chemical composition of approximately 75% CaO for the product synthesized from eggshells and 75% ZnO for the catalyst produced from battery residue. Testing with Ruby GDN showed that 1.0 g/L of CaO calcined at 900 °C achieved 57% color removal at an initial dye concentration of 20 mg/L after 120 minutes of solar radiation exposure. The use of ZnO positively influenced color removal of Ruby GDN, achieving a total removal of 28.5% after 120 minutes of solar radiation exposure with 1.0 g/L of ZnO. Finally, a 23 factorial design was conducted using untreated textile effluent with unpurified ZnO catalyst, reaching a maximum degradation efficiency of 31% (1.25 g/L catalyst, pH 12, and 120 minutes of exposure to radiation). It was concluded that alternative heterogeneous catalysts, even without purification processes for the alternative residues studied, can be a sustainable option for textile effluent color removal, based on the principles of the circular economy.
Palavras-chave: Residuos alternativos
Casca de ovo
Fotocatálise solar heterogênea
Óxidos
Pilhas pós-consumo
Eggshell
Post-consumer batteries
Heterogeneous solar photocatalysis
Oxides
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Civil e Ambiental
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34839
Data do documento: 26-Jul-2024
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental

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