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Tipo do documento: Dissertação
Título: Remoção de corante Rodamina B em efluente sintético por fotocatálise heterogênea com ZnO e Nd/ZnO
Título(s) alternativo(s): Rhodamine B dye removal in synthetic effluent by heterogeneous photocatalysis with ZnO and Nd/ZnO
Autor: Barbosa, João Hampshire Olsson 
Primeiro orientador: Zotin, Fátima Maria Zanon
Segundo orientador: Araújo, Lucia Regina Raddi de
Primeiro membro da banca: Gonçalves, Márcia Monteiro Machado
Segundo membro da banca: Henriques, Cristiane Assumpção
Terceiro membro da banca: Merçon, Fábio
Quarto membro da banca: Gaspar, Alexandre Barros
Resumo: No presente trabalho, foram realizados ensaios experimentais para estudar a possibilidade de remover, por fotocatálise heterogênea, o corante Rodamina B (RhB) em solução aquosa e em efluente sintético produzido em laboratório. Estudos de degradação de corantes têxteis por fotocatálise heterogênea mostram um significativo aumento na atividade fotocatalítica do ZnO ao ser dopado com terras-raras, sendo o neodímio (Nd) uma dessas opções promissoras. Baseando-se nesses estudos, foram sintetizados dois catalisadores Nd/ZnO por impregnação úmida com solução de Nd(OH)3, obtendo 0,1 e 0,5% em massa de Nd em ZnO. Para o tratamento fotocatalítico com ZnO puro e Nd/ZnO, foi empregada uma lâmpada UV-Vis sobre a solução aquosa contendo RhB em um reator, sob agitação e temperatura controladas durante 150 min. O mesmo ensaio fotocatalítico com os três catalisadores foi realizado para o efluente sintético preparado em laboratório. A eficiência da remoção de cor da solução foi avaliada por meio da técnica de espectrofotometria UV-Vis. Pelo fato do corante ser orgânico, também foi monitorada a redução de carga orgânica após o tratamento pela análise da demanda química de oxigênio (DQO). Para a caracterização dos catalisadores, foram realizadas as análises de difração de raios X (DRX), fisissorção de N2 (BET, BJH), análise termogravimétrica, análise química por espectroscopia de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), espectroscopia com infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de absorção UV-Vis por reflectância difusa (DRS), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e potencial zeta. Pelas caracterizações dos catalisadores Nd/ZnO sintetizados, observou-se a manutenção da estrutura wurtzita e morfologia quase esférica, apresentadas no ZnO puro. A análise textural indicou materiais de baixa área específica, e isoterma do Tipo II, conforme a classificação IUPAC. Pela análise de DRS, a energia de band gap EG do ZnO também permaneceu inalterada após a síntese com as duas concentrações de Nd, mostrando que os catalisadores de Nd/ZnO absorviam preferencialmente radiação UV. Na solução aquosa de RhB, o catalisador Nd(0,1%)/ZnO obteve 100% de descoloração, igual ao ZnO puro, demonstrando grande potencial para a remoção de corantes. No efluente têxtil sintético, apesar da remoção de RhB ter sido inferior (7%), o catalisador Nd(0,1%)/ZnO apresentou uma redução significativa da carga orgânica (50%), superior ao ZnO (30%). Os resultados promissores para a redução da DQO indicam que os catalisadores Nd/ZnO podem ser eficazes na degradação de outros compostos orgânicos presentes em efluentes têxteis. Otimizações na síntese e nas condições de operação podem melhorar ainda mais o desempenho dos catalisadores para a remoção de RhB e outros corantes. A pesquisa demonstra o potencial dos catalisadores Nd/ZnO para o tratamento de efluentes têxteis, com resultados animadores na redução da carga orgânica. Mais estudos são necessários para otimizar a aplicação desses catalisadores na descoloração completa de efluentes têxteis.
Abstract: In this work, experimental tests were carried out to study the possibility of removing, by heterogeneous photocatalysis, the dye Rhodamine B (RhB) in aqueous solution and in synthetic effluent produced in the laboratory. Studies of textile dye degradation by heterogeneous photocatalysis show a significant increase in the photocatalytic activity of ZnO when doped with rare earths, with neodymium (Nd) being one of these promising options. Based on these studies, two Nd/ZnO catalysts were synthesized by wet impregnation with Nd(OH)3 solution, obtaining 0.1 and 0.5% by mass of Nd in ZnO. For the photocatalytic treatment with pure ZnO and Nd/ZnO, a UV-Vis lamp was used over the aqueous solution containing RhB in a reactor, under controlled stirring and temperature for 150 min. The same photocatalytic test with the three catalysts was carried out for the synthetic effluent prepared in the laboratory. The efficiency of color removal from the solution was evaluated using the UV-Vis spectrophotometry technique. Since the dye is organic, the reduction of organic load after treatment was also monitored by the analysis of chemical oxygen demand (COD). For the characterization of the catalysts, X-ray diffraction (XRD), N2 physisorption (BET, BJH), thermogravimetric analysis, chemical analysis by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-Vis diffuse reflectance absorption spectroscopy (DRS), scanning electron microscopy (SEM) and zeta potential were performed. By the characterizations of the synthesized Nd/ZnO catalysts, it was observed that the wurtzite structure and almost spherical morphology, presented in pure ZnO, were maintained. The textural analysis indicated materials with low specific area, and Type II isotherm, according to the IUPAC classification. By DRS analysis, the band gap energy EG of ZnO also remained unchanged after synthesis with the two concentrations of Nd, showing that the Nd/ZnO catalysts preferentially absorbed UV radiation. In the RhB aqueous solution, the Nd(0.1%)/ZnO catalyst obtained 100% decolorization, equal to pure ZnO, demonstrating great potential for the removal of dyes. In the synthetic textile effluent, despite the removal of RhB being lower (7%), the Nd(0.1%)/ZnO catalyst showed a significant reduction of the organic load (50%), higher than ZnO (30%). The promising results for COD reduction indicate that Nd/ZnO catalysts can be effective in the degradation of other organic compounds present in textile effluents. Optimizations in the synthesis and operating conditions can further improve the performance of the catalysts for the removal of RhB and other dyes. The research demonstrates the potential of Nd/ZnO catalysts for the treatment of textile effluents, with encouraging results in the reduction of organic load. Further studies are needed to optimize the application of these catalysts in the complete decolorization of textile effluents.
Palavras-chave: Heterogenous photocatalysis
Rhodamine b
Fotocatálise heterogênea
Corantes e tingimentos
Rodamina b
Nd/ZnO
Efluente têxtil
Nd/ZnO
Textile wastewater
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: BARBOSA, João Hampshire Olsson. Remoção de corante Rodamina B em efluente sintético por fotocatálise heterogênea com ZnO e Nd/ZnO. 2024. 156 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22784
Data de defesa: 8-Jan-2024
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química



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