Tese Doutorado:
Desenvolvimento e Aplicação de Compósitos à Base de Tio2 e Biomassas Carbonáceas Para Remoção de Poluentes Orgânicos em Água

Marina Meloni Gória Pastre

DEAMB
Orientador
Coorientador: Prof. Dr. Deivisson Lopes Cunha
Banca
Data - hora da defesa: 19/12/2023
Resumo: A dopagem de semicondutores com propriedades fotocatalíticas e materiais carbonáceos resultam em compósitos com características desejáveis para o tratamento de matrizes aquosas, devido à grande superfície de contato do componente adsorvente, aproximando o poluente do catalisador, além do potencial de expansão da absorção da radiação do espectro solar e de reciclabilidade. Ademais, as biomassas provenientes de diferentes resíduos agrícolas podem reduzir os custos de produção do compósito, tornando-os mais sustentáveis. O presente estudo produziu uma revisão sistemática com 107 artigos selecionados (832 entradas e 41 variáveis) sobre síntese e a eficiência de compósitos catalisadores à base de biomassas (BCPs) na remoção de poluentes orgânicos e inorgânicos em água, revelando eficiência média de remoção e taxa de degradação fotocatalítica dos poluentes-alvo por todos os BCPs avaliados de 77,5 ± 21,5% e 0,06 ± 0,17 min-1, respectivamente. Além disso, conforme evidenciado na análise de componentes principais (PCA), o método de síntese de BCPs, temperatura de calcinação, área superficial e porosidade afetam as características morfológicas e estruturais dos BCPs, bem como sua atividade fotocatalítica. Ensaios experimentais foram realizados a partir de duas metodologias (impregnação e sol-gel) e calcinação em duas temperaturas (400 e 600 °C), produzindo compósitos de Ti e biomassas carbonáceas (biocarvões e casca de coco seca in natura). O compósito sintetizado pelo método sol-gel com temperatura de calcinação 400 °C envolvendo Ti e a biomassa de coco (TTiP-C400) apresentou desempenho superior nos ensaios preliminares de remoção do corante azul de metileno (MB) (91,4%) em comparação ao TiO2-P25 comercial (72%). Assim, compósitos TTiP-C foram sintetizados variando-se a razão Ti:coco (0:100; 25:75; 50:50; 75:25 e 100:0), temperatura (400 e 600 °C) e tipo de calcinação (com ou sem caixa de inox). As capacidades sortivas e fotocatalíticas foram estudadas frente ao corante MB e aos contaminantes de preocupação emergente (CEs) bisfenol S, carbamazepina, clonazepam e ácido perfluorooctanóico (BPS, CBZ, CZP e PFOA, respectivamente). Entre os materiais sem caixa de inox (BCPs), o melhor resultado foi obtido com BCP400 50:50, calcinação a 400ºC e razão 50:50 (Ti:coco). Através do desenho experimental (DoE) com foco nas variáveis pH, concentração de catalisador e intensidade de radiação, o BCP400 50:50 removeu 91% de MB em 30 min, enquanto o TiO2 comercial e TiO2 sintetizado sem coco (T400), removeram 51,2% e 8,5%, respectivamente, em 30 min. O compósito BCP400 50:50 foi submetido à três testes de reuso, apresentando capacidade inferior de remoção de MB no terceiro ciclo devido provavelmente à saturação dos poros. Com relação aos compósitos produzidos em caixa de inox (BCP-I), o melhor (BCP600 25:75-I, calcinado a 600ºC e razão Ti:coco de 25:75) foi utilizado com DoE com foco nas variáveis: pH, temperatura e razão adsorvato/adsorvente. A partir da otimização, obteve-se remoção de 99,2%, 98,7%, 99,3% e 2% de BPS, CBZ, CZP e PFOA em água ultrapura e 89,5%, 68,7%, 57,3% e 8,6% de BPS, CBZ, CZP e PFOA em efluente real, respectivamente. Os materiais selecionados foram caracterizados por difratometria de raios-X, FTIR, método BET, MEV e potencial de carga zero. De acordo com o DR-X, a indexação do BCP400 50:50 e do BCP600-25:75 ocorreram com as fases Titanato de Potássio e Potássio Magnésio Titânio Óxido, respectivamente. Os resultados sugerem que a adição de KOH na síntese pode inibir a transformação de fase do TiO2. Os compósitos calcinados em caixa de inox à 600 ºC apresentaram maior área específica superficial e maior volume de poros, resultando em compósitos de melhor desempenho. Considerando as condições brandas de pirólise empregadas e o material carbonáceo proveniente de resíduos agrícolas, os compósitos sintetizados podem apresentar vantagens no custo de produção em comparação aos antecedentes. Constatou-se que a adsorção foi o fator predominante na remoção dos CEs, no entanto o papel da fotocatálise deve ser explorado como um aditivo à degradação desses contaminantes e na reciclagem. Palavras-chave: Fotocatálise heterogênea; Adsorção; Dióxido de titânio; Compósito; Biomassas carbonáceas; Contaminantes de preocupação emergentes.

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