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Título: Desenvolvimento de nanocompósito de nanocelulose bacteriana e TiO2 e sua aplicação na degradação do corante preto reativo 5 por fotocatálise heterogênea
Título(s) alternativo(s): Development of nanocomposite of bacterial nanocellulose/TiO2 and it’s application in degradation of reactive black 5 dye by heterogeneous photocatalysis
Autor(es): Pielak, Fernanda
Orientador(es): Couto, Gustavo Henrique
Palavras-chave: Dióxido de titânio
Águas residuais - Purificação
Nanocompósitos (Materiais)
Indústria têxtil
Fotoquímica
Semicondutores
Fotocatálises
Titanium dioxide
Sewage - Purification
Nanocomposites (Materials)
Textile industry
Photochemistry
Semiconductors
Photocatalysis
Data do documento: 13-Mar-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: PIELAK, Fernanda. Desenvolvimento de nanocompósito de nanocelulose bacteriana e TiO2 e sua aplicação na degradação do corante preto reativo 5 por fotocatálise heterogênea. 2019. 97 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
Resumo: A indústria têxtil é uma das mais poluidoras do mundo, gerando grandes quantidades de efluentes contaminados com corantes, que quando descartados em corpos d’água sem o prévio tratamento, comprometem o meio ambiente e a saúde humana. O uso de processos fotoquímicos, como a fotocatálise heterogênea com semicondutores, permite a descoloração e mineralização de corantes mais resistentes como o preto reativo 5. Contudo, etapas adicionais de filtragem são necessárias para retirada do semicondutor do meio líquido após o tratamento, tornando o processo com maior custo. Nesse sentido, estudos com a impregnação de semicondutores, como o TiO2 em matrizes, têm sido realizados em busca de solucionar tal problema. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o uso da nanocelulose bacteriana, produzida em laboratório por Gluconacetobacter xylinus, como suporte para impregnação de nanopartículas de TiO2 (P25), aplicando o nanocompósito formado na degradação do corante preto reativo 5, um dos corantes mais utilizados pela indústria têxtil e de conhecida estabilidade, por meio da fotocatálise heterogênea. Foram avaliadas duas metodologias de impregnação do TiO2 utilizando a adsorção física, por meio de agitação por rotação e vibração ultrassônica. Os nanocompósitos formados foram caracterizados por MEV, EDS, FTIR, DRX e ICP-EOS, no qual foi observado que a vibração ultrassônica obteve maior retenção de nanopartículas na membrana de nanocelulose. Ensaios de turbidez foram realizados para avaliar o desprendimento do TiO2 da superfície da nanocelulose apresentando retenção de 90%. Ensaios para avaliar a influência da capacidade de adsorção da nanocelulose pura e da estabilidade do corante em exposição à luz UV (fotólise) foram conduzidos. Os ensaios fotocatalíticos utilizando o nanocompósito foram realizados com uma concentração inicial do corante de 35 mg/L, irradiados por luz UV, proveniente de lâmpada a vapor de mercúrio de alta pressão (125 W), por 90 minutos, do pH 4 ao 8. Foi realizada a análise de carbono orgânico total (COT) para verificar a taxa de mineralização após os ensaios. Os resultados obtidos demonstraram uma taxa de descoloração de mais de 90% em pH 4 e 5, contudo a taxa de mineralização foi relativamente baixa, sendo observado através dos espectros a possível formação de substâncias intermediárias, sendo necessário ajustes, como um maior período de irradiação para a total quebra de tais substâncias e tratamento efetivo do corante.
Abstract: The textile industry is one of the most polluting in the world, generating large amounts of effluent contaminated with dyes, which when discarded in bodies of water, without previous treatment, compromise the environment and human health. The use of photochemical processes, such as heterogeneous photocatalysis with semiconductors, allows discoloration and mineralization of more resistant dyes such as reactive black 5. However, additional filtration steps are necessary to remove the semiconductor from the liquid medium after treatment, making the process with higher cost. In this sense, studies with the impregnation of semiconductors, like TiO2, in matrices have been carried out in search of solving such problem. The objective of the present work was to evaluate the use of bacterial nanocellulose, a versatile and relatively low cost biopolymer, as a support for TiO2 (P25) nanoparticles, applying the nanocomposite formed in the degradation of reactive black 5 dye, one of the most used dyes by the textile industry and known stability, through heterogeneous photocatalysis. Two methodologies of impregnation of the TiO2 were evaluated using the physical adsorption, by means of agitation for rotation and ultrasonic vibration. The nanocomposites formed were characterized by SEM, EDS, FTIR, XRD and ICP-OES, where it was observed that the ultrasonic vibration obtained higher retention of nanoparticles on the surface of the nanocellulose. Turbidity assays were performed to evaluate the release of TiO2 on the surface of the nanocellulose exhibiting 90% retention. Assays to evaluate the influence of adsorption capacity of pure nanocellulose and dye stability on UV light exposure (photolysis) were conducted. The photocatalytic tests using the nanocomposite were performed with an initial dye concentration of 35 mg / L irradiated by UV light from a high pressure mercury lamp (125 W) for 90 minutes from pH 4 to 8. The analysis of total organic carbon (TOC) was performed to verify the rate of mineralization after the tests. The results showed a discoloration rate of more than 90% at pH 4 and 5, however, the rate of mineralization was relatively low, being observed through the spectra, the possible formation of intermediates, adjustments are required , such a longer period of irradiation for the total breakdown of such substance and effective treatment of the dye.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4208
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