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Título: Estudo da fotodegradação de efluente de celulose e papel com fotocatalisadores sintetizados via precursores de TiO2
Título(s) alternativo(s): Study of photodegradation of cellulose and paper effluent with photocatalysts synthesized via TiO2 precursors
Autor(es): Pereira, Cíntia Andreia Alves
Nava, Mariana Riboli
Orientador(es): Marques, Rubiane Ganascim
Palavras-chave: Dióxido de titânio
Água - Poluição
Resíduos industriais - Tratamento
Catálise heterogênea
Titanium dioxide
Water - Pollution
Factory and trade waste - Treatment
Heterogeneous catalyses
Data do documento: 22-Nov-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Referência: PEREIRA, Cíntia Andreia Alves; NAVA, Mariana Riboli. Estudo da fotodegradação de efluente de celulose e papel com fotocatalisadores sintetizados via precursores de TiO2. 2016. 58 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2016.
Resumo: Atualmente todos os efluentes devem ser tratados antes do descarte nos corpos receptores, porém muitos efluentes são resistentes aos tratamentos convencionais, havendo a necessidade de estudar e desenvolver tratamentos alternativos de baixo custo e de fácil implantação industrial. Uma indústria que se destaca por conter efluentes de difícil tratamento, é a de celulose e papel. A qual é importante para o desenvolvimento socioeconômico brasileiro, mas também é responsável por consumir grandes quantidades de água e gerar volumes expressivos de efluentes. Estas indústrias empregam tratamentos físico-químicos e biológicos, visando reduzir a coloração, turbidez entre outros fatores de seus efluentes, e algumas ainda empregam a ultrafiltração como polimento final, porém este método possui baixa eficácia e um alto custo. Com isso uma alternativa promissora seria os processos oxidativos avançados (POAs), em especial a fotocatálise heterogênea, uma ótima alternativa para degradar estes poluentes emergentes. O processo é embasado na ativação de um semicondutor por radiação com um comprimento de onda adequado. A energia fornecida em forma de fótons ao catalisador deve ser igual ou superior a energia do band gap, permitindo que ocorra uma transição eletrônica entre a banda de valência (BV) e a banda de condução (BC). Este mecanismo origina o par elétron-lacuna, sítios catiônicos e aniônicos (h+/e-) de alto poder redox que promovem a oxirredução da matéria orgânica via radicais hidroxila (HO ) formados durante a reação catalítica. Em condições especificas o poluente poderá ser mineralizado em gás carbônico (CO2), água e íons inorgânicos. O dióxido de titânio (TiO2) é o semicondutor mais utilizado nas reações fotocatalíticas, devido sua fotoestabilidade, baixo custo e não toxidade. Com isto, este trabalho teve como objetivo estudar diferentes rotas de sínteses a base de precursores de TiO2 (n-butóxido e tetraisopropóxido de TiO2), pelo método sol gel. Estes foram testados com relação a sua eficiência fotocatalítica em um efluente modelo de lignina (Lig) e efluente real coletado depois do decantador biológico (DPS) de uma indústria de celulose e papel na região norte do Paraná. Avaliou-se também a relação entre a metodologia empregada na síntese e a morfologia final do óxido. Realizou-se também estudos de dopagem com nitrato de prata (AgNO3) e peróxido de hidrogênio (H2O2) visando aumentar a eficácia do fotocatalisador. Os semicondutores obtidos foram caracterizados por difratometria de raio-x (DRX) e o semicondutor dopado foi caracterizado por análise térmica (TGA), difratometria de raios-x (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e ponto de carga zero (pHPCZ). A síntese empregando precursor n-butóxido de TiO2 originou três óxidos (óxi 1, 2 e 3), com fase cristalina (comparada com os padrões contidos no banco de dados PDF2.DAT) anatase e rutilo para os óxi 1 e 3, e fase anatase para o óxi 2 que se mostrou termodinamicamente mais estável a 500°C. O óxido sintetizado via precursor tetraisopropóxido TiO2 (O.S.) originou fases anatase e rutilo a 450°C. Para o óxido dopado (O.S. dopado) foi constatado que o teor de prata utilizado não influenciou na morfologia das partículas, mas aumentou a estabilidade térmica da fase anatase e a eficiência fotocatalítica como esperado. A eficiência fotocatalítica foi avaliada pela redução da demanda química de oxigênio (DQO), cor e fenólicos totais. Dentre os semicondutores sintetizados o óxi 2 reduziu a cor e fenólicos totais, o O.S. com e sem dopagem reduziu significativamente a DQO, a cor e parcialmente os fenólicos dos efluentes estudados.
Abstract: Currently all effluents must be treated before disposal in the receiving bodies, however many effluents are resistant to conventional treatments, and it is necessary to study and develop alternative low cost treatments that are of easy industrial implantation. An industry that stands out for containing effluents of difficult treatment, is the one of pulp and paper. This is an important industry for Brazilian socioeconomic development, but it is also responsible for consuming large amounts of water and generating significant volumes of effluents. These industries employ physico-chemical and biological treatments, aiming to reduce the color, turbidity among other factors of their effluents, and some even use ultrafiltration as final polishing, but this method has low efficacy and a high cost. A promising alternative would be advanced oxidative processes (AOPs), especially heterogeneous photocatalysis, an excellent alternative to degrade these emerging pollutants. The process is based on the activation of a semiconductor by radiation with a suitable wavelength. The energy supplied in the form of photons to the catalyst must be equal to or greater than band gap energy, allowing an electronic transition between the valence band (VB) and the conduction band (CB) to occur. This mechanism originates the electron-gap pair, cationic and anionic sites (h + / e-) of high redox power that promote the oxidation of the organic ma during the catalytic reaction. Under specific conditions the pollutant may be mineralized into carbon dioxide (CO2), water and inorganic ions. Titanium dioxide (TiO2) is the most used semiconductor in photocatalytic reactions, due to its photostability, low cost and no toxicity. The aim of this work was to study different synthesis routes based on TiO 2 precursors (n-butoxide and TiO 2 tetraisopropoxide) by the sol gel method. These were tested for their photocatalytic efficiency in a lignin effluent (Lig) and actual effluent collected after the biological decanter (DPS) of a pulp and paper industry in the northern region of Paraná. The relationship between the methodology used in the synthesis and the final morphology of the oxide was also evaluated. Doping studies with silver nitrate (AgNO3) and hydrogen peroxide (H2O2) were also carried out to increase the efficiency of the photocatalyst. The obtained semiconductors were characterized by X-ray diffractometry (XRD) and the doped semiconductor was characterized by thermal analysis (TGA), X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy) And zero charge point (pHPCZ). The synthesis employing TiO2 n-butoxide precursor gave three oxides (oxy 1, 2 and 3), with crystalline phase (compared to the standards contained in the PDF2.DAT database) anatase and rutile for oxy 1 and 3, and Anatase phase for oxy 2 which was shown to be thermodynamically more stable at 500 ° C. The oxide synthesized via TiO 2 tetraisopropoxide precursor (O.S.) gave anatase and rutile phases at 450 ° C. For the doped oxide (doped O.S.) it was found that the silver content used did not influence the particle morphology, but increased the thermal stability of the anatase phase and the photocatalytic efficiency as expected. The photocatalytic efficiency was evaluated by reduction of chemical oxygen demand (COD), color and total phenolics. Among the synthesized semiconductors, oxy 2 reduced the color and total phenolics, the O.S. with and without doping significantly reduced COD, color and partially the phenolics of the studied effluents.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6990
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