Síntese e caracterização de carvões mesoporosos utilizando templates de sílica para tratamento de poluentes emergentes

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Santolin, Carla
• Orientador(a): Scheufele, Fabiano Bisinella
• Banca de defesa: Scheufele, Fabiano Bisinella , Santos, Gustavo Henrique Fidelis dos , Schneider, Ricardo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Toledo
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Processos Químicos e Biotecnológicos
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Carvão; Ciprofloxacina; Poluentes; Coal; Ciprofloxacin; Pollutants
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29773

O crescimento populacional e desenvolvimento industrial dos últimos anos resultou em aumento significativo na quantidade de efluentes domésticos e industriais lançados no meio ambiente, dentre eles, medicamentos, corantes e compostos orgânicos. Desta forma, o desenvolvimento de processos para tratamento desses poluentes torna-se necessário. O processo de adsorção vem sendo amplamente empregado no tratamento de efluentes devido ao seu baixo custo e eficiência mesmo em baixas concentrações. Nesse contexto, é interessante o desenvolvimento de materiais (adsorventes) com propriedades ajustadas a aplicações tecnológicas que possuam área superficial e distribuição porosa adequada ao poluente a ser adsorvido. Visando a melhoria da viabilidade técnico-econômica do processo em grande escala, o uso de materiais residuais/alternativos de baixo custo vem sendo estudados. Este trabalho teve como objetivo produzir carvões mesoporosos para aplicação na remoção de poluentes emergentes em soluções aquosas. Os carvões ativados foram produzidos pelo método de “hard templating”, o qual utiliza um material nanoestruturado como “molde” (template) e um precursor de carbono, nesse caso, a sacarose. Após a etapa de impregnação do precursor no template, ocorreu as etapas de pirólise e ativação do carvão em atmosfera inerte de N2 com vazão de 100 mL min-1 por 1 h a 800 °C e finalmente a remoção do template. Uma extensiva triagem de templates (Aerosil 380®, Aerosil® 200, pó de vidro (250 a 325 mesh), sílica comercial padrão veterinário, laponita e metassilicato de sódio pentaidratado) foi realizada, em seguida testes de remoção em batelada do corante reativo Azul 5G (CA5G) e do antibiótico ciprofloxacino (CIP) foram aplicados. Os adsorventes com maior potencial foram caracterizados quanto a propriedades físico-químicas, morfológicas e texturais por análises termogravimétricas (TGA-DTG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise elementar (EDX), ponto de carga zero (pHpcz), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e Fisissorção de N2. Verificou-se que os carvões produzidos a partir das sílicas (Aerosil® 380 e 200) e do metassilicato de sódio pentaidratado foram os que apresentaram maior capacidade de adsorção tanto do CA5G quanto da CIP, porém definiu-se trabalhar com o metassilicato de sódio por tratar-se de material de baixo custo com potencial de adsorção ainda pouco estudado, demonstrando considerável remoção em uma ampla faixa de pH. De maneira geral, o carbono mesoporoso ordenado de metassilicato (CMO-MS) produzido apresentou eficiência na remoção do antibiótico, além de síntese livre de reagentes orgânicos e tóxicos (lixiviação do template com água), condições de operação facilitadas com pH ideal próximo a neutralidade e temperatura ambiente, o que traz vantagens práticas para emprego em sistemas de tratamento. Os resultados do estudo de equilíbrio de adsorção indicaram que a isoterma de Langmuir descreveu adequadamente o equilíbrio dos dados experimentais, o modelo associado à difusão nos sítios do adsorvente melhor se ajustou aos dados de cinética de adsorção, os quais indicaram comportamento favorável. Desta forma, com base nos resultados obtidos neste estudo, considerandose baixo custo, caráter residual e abundância, além da síntese simples e verde (“green chemistry”), o carvão sintetizado a partir do metassilicato de sódio apresentou potencial para aplicação no tratamento de águas e efluentes industriais.