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Título: Preparo, caracterização e aplicação de ferro valência zero imobilizado em esferas de alginato em processos de oxidação avançada
Título(s) alternativo(s): Preparation, characterization and study of the application of zero valence iron immobilized on alginate beads in advanced oxidation processes
Autor(es): Pereira, Cintia Andreia Alves
Orientador(es): Rodrigues, Marcio Barreto
Palavras-chave: Alginatos
Resíduos industriais
Testes de toxicidade
Reações químicas
Oxidação
Alginates
Factory and trade waste
Toxicity testing
Chemical reactions
Oxidation
Data do documento: 22-Fev-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: PEREIRA, Cíntia Andreia Alves. Preparo, caracterização e aplicação de ferro valência zero imobilizado em esferas de alginato em processos de oxidação avançada. 2019. 127 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2019.
Resumo: A baixa eficiência dos tratamentos convencionais para os efluentes têxteis, torna necessária a continuação de estudos que desenvolvam tecnologias capazes de degradar estes poluentes. Uma alternativa para tal seria a utilização de nFVZ imobilizadas em matriz polimérica de alginato visto que estas podem atuar como material catalítico para induzir as reações de Fenton ou participar nas reações de ozonização catalítica, tecnologias emergentes pertencentes aos POA’s. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo sintetizar nFZV e imobilizá-lo em uma matriz polimérica de alginato reticulado com cálcio e zinco, caracterizar e avaliar a eficiência catalítica, por meio de reações de Fenton e ozonização catalítica, utilizando os agentes oxidantes H2O2 e O3, respectivamente, em testes catalíticos aplicáveis ao estudo de degradação do corante vermelho reativo 195, e por fim, avaliar a toxicidade do efluente antes e após os tratamentos. Os resultados indicaram que o procedimento escolhido para síntese permitiu obter nanopartículas cristalinas com baixa concentração de óxidos, comprovando a eficiência da síntese em atmosfera oxidante. As técnicas instrumentais revelaram que as partículas foram incorporadas com eficiência na matriz polimérica utilizando o cálcio e zinco isolados e na proporção 4:1 (Ca2+/Zn2+) como reticulante. Nos testes redox, foi possível comprovar a interação das nanopartículas com o efluente sintético. Um planejamento fatorial realizado indicou que maiores massas de esferas catalíticas (7,0 g) em pH ácido (3,0) favoreceram o mecanismo de descoloração. Dentre as esferas catalíticas, a CaZn-Alg-nFVZ promoveu um melhor resultado para descoloração, sugerindo um sinergismo entre os dois cátions utilizados na reticulação. Na Reação de Fenton, o H2O2 atacou a matriz polimérica causando uma liberação descontrolada dos íons ferrosos. Diante disso, optou-se por trabalhar com o agente oxidante ozônio, que se mostrou significativamente mais efetivo nos ensaios de ozonização catalítica com descoloração de 88,23 %, 78,45 % e 55,27 % para as esferas CaZn-Alg-nFVZ, Ca-Alg-nFVZ e Zn-Alg-nFVZ, respectivamente, com apenas um minuto de reação. Já em 73 minutos, obteve-se descoloração de 99 % paras as esferas Zn-Alg-nFVZ, Ca-Alg-nFVZ e 94 % para a esfera Zn-Alg-nFVZ. Os ensaios de ecotoxicidade mostraram que a Artemia salina foi sensível ao elemento Zinco. Já os testes realizados com Lemna não apresentaram toxicidade. Diante disso, acredita-se que as esferas CaZn-Alg-nFVZ seriam a melhor opção a ser utilizada no polimento do efluente contendo o corante vermelho reativo 195.
Abstract: The low efficiency of conventional treatments for textile effluents makes it necessary to continue studies that develop technologies capable of degrading these pollutants. An alternative to this would be the use of immobilized nFVZ in polymer matrix of alginate since these can act like catalytic material to induce the reactions of Fenton or to participate in the reactions of catalytic ozonation, emergent technologies belonging to the AOP's. Thus, the present work aimed to synthesize nFZV and immobilize it in a calcium and zinc cross-linked alginate polymer matrix, to characterize and evaluate the catalytic efficiency by means of Fenton reactions and catalytic ozonation using the oxidizing agents H2O2 and O3, respectively, in catalytic tests applicable to the degradation study of the reactive red dye 195, and, finally, to evaluate the effluent toxicity before and after the treatments. The results indicated that the procedure chosen for synthesis allowed to obtain crystalline nanoparticles with low concentration of oxides, proving the efficiency of the synthesis in oxidizing atmosphere. Instrumental techniques revealed that the particles were efficiently incorporated into the polymer matrix using calcium and zinc alone and in the ratio of 4:1 (Ca2+/Zn2+) as a crosslinker. In the redox tests, it was possible to prove the interaction of the nanoparticles with the synthetic effluent. A factorial design showed that larger masses of catalytic spheres (7.0 g) at acid pH (3.0) favored the discoloration mechanism. Among the catalytic spheres, CaZn-Alg-nFVZ promoted a better discoloration result, suggesting a synergism between the two cations used in the crosslinking. In the Fenton reaction, the H2O2 attacked the polymer matrix causing an uncontrolled release of the ferrous ions. Therefore, it was chosen to work with the ozone oxidizing agent, which was significantly more effective in the catalytic ozonation tests with discoloration of 88.23%, 78.45% and 55.27% for the CaZn-Alg-nFVZ beads, Ca-Alg-nFVZ and Zn-Alg-nFVZ, respectively, with only one minute of reaction. Already in 73 minutes, 99% discoloration was obtained for Zn-Alg-nFVZ, Ca-Alg-nFVZ and 94% for Zn-Alg-nFVZ beads. Ecotoxicity tests showed that Artemia saline was sensitive to the element Zinc. The tests performed with Lemna showed no toxicity. In view of this, it is believed that the CaZn-Alg-nFVZ beads would be the best option to be used in the polishing of the effluent containing the reactive red dye 195.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4058
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