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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-03012024-105949
Documento
Autor
Nome completo
Gabryella Cerri Mendonça
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Bernardi, Maria Ines Basso (Presidente)
Giraldi, Tânia Regina
Paris, Elaine Cristina
Título em português
Síntese e caracterização de ZnO puro e dopado com terras raras aplicado como adsorvente para tratamento de efluente industrial
Palavras-chave em português
adsorção
indústria têxtil
materiais com diferentes morfologias
óxido de zinco
terras-raras
tratamento de efluentes
Resumo em português
 Os efluentes das indústrias têxteis são uma enorme preocupação ambiental, devido a mistura tão complexa de substâncias químicas, que são conhecidas pela sua toxicidade, alto potencial carcinogênico, e baixíssima biodegradabilidade. Entre essas substâncias estão os corantes, que são um grupo de contaminantes orgânicos e causam impacto direto aos ambientes aquáticos e aos seres humanos. A presença de corantes provenientes de indústrias têxteis em efluentes é considerado um grande problemas das indústrias, por isso estes efluentes exigem um tratamento adequado antes da sua descarga no meio ambiente, e os métodos tradicionais possuem diversas limitações, como custo, adição de maior quantidade de produtos químicos e eficiência de remoção de cor e substâncias perigosas muito limitada. Com o intuito de remediar estes impactos, estão sendo estudados métodos e técnicas que possam viabilizar o tratamento de efluentes têxteis, e a adsorção tem sido uma das metodologias mais aceitas. Esse processo baseia-se na afinidade que partículas sólidas possuem em reter determinadas substâncias em sua superfície através da transferência de massa. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo explorar a eficiência de materiais com diferentes morfologias de Óxido de Zinco puro e dopado com terras raras, como adsorventes na remoção do corante índigo de um efluente têxtil, e consequentemente na redução da sua toxicidade. O ZnO possui baixo custo, é atóxico, não higroscópico, possui habilidades de adsorção, antibacterianas e fungicidas. Neste trabalho as amostras foram sintetizadas por três diferentes métodos: co-precipitação, hidrotermal assistido por microondas e precursores poliméricos. Foram sintetizadas amostras com adição de terras raras (Cério e Neodímio) para avaliar a eficiência de adsorção. A caracterização se deu por análises de: Difração de Raios X, Área Superficial por BET, Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Infravermelho, Espectroscopia de Ultravioleta Visível, Microscopia Eletrônica de Varredura, Potencial Zeta e Espalhamento Dinâmico de Luz. Após, as amostras foram testadas no processo de adsorção, em que foi usado 200mL de efluente para 0,20 ± 0,5g de nanoadsorvente, por 24 h no escuro e analisadas a concentração de índigo no Espectro UVVis. Os resultados encontrados a partir da caracterização dos nanoadsorventes indicaram que diferentes métodos de síntese resultam em diferentes morfologias. As análises de DRX, Raman e FTIR mostraram uma homogeneidade de todas as nanopartículas de ZnO puras e dopadas, com exceção das amostras Zn3CeMPP e Zn5CeMPP, mostrando que a estrutura hexagonal Wurtizita foi predominante. O band-gap e o potencial zeta ficaram muito próximos, variando de 3,0 a 3,29 eV e -19,17 a 38,83mV, respectivamente. A capacidade de remoção do corante índigo se manteve em média de 95,25% ± 0,81, demonstrando uma ótima e surpreendente eficiência no processo de adsorção, assim como uma tecnologia aplicável as indústrias têxteis no seu processo de tratamento de efluentes, comprovado pela análise de toxicidade com sementes de alface, que se obteve resultados excelentes, com elevado crescimento de radículas.
Título em inglês
Synthesis and characterization of ZnO pure and doped with rare earth applied as an adsorbent for industrial effluent
Palavras-chave em inglês
adsorption
materials with different morphologies
rare earth
textile industry
wastewater treatment
zinc oxide
Resumo em inglês
 The effluents from textile industries are a huge environmental concern, due to such a complex mixture of chemical substances, which are known for their toxicity, high carcinogenic potential, and very low biodegradability. Among these substances are dyes, which are a group of organic contaminants and have a direct impact on aquatic environments and humans. The presence of dyes from textile industries in effluents is considered one of the biggest problems of the textile industry, this is why these effluents require adequate treatment before being discharged into the environment, and traditional methods have several limitations, such as cost, addition of more chemicals and very limited color and hazardous substance removal efficiency. In order to remedy these impacts, methods and techniques that can enable the treatment of textile effluents are being studied, and adsorption has been one of the most accepted methodologies. This process are based on the affinity that solid particles have in retaining certain substances on their surface through mass transfer. In this sense, the present work aimed to explore the efficiency of zinc oxide pure and with addition of rare earths materials as adsorbents in the removal of indigo dye from a textile effluent, and consequently in reducing its toxicity. ZnO are low cost, non-toxic, non-hygroscopic, have catalytic properties, adsorption, antibacterial and fungicidal properties. In this work the samples were synthesized by three different methods: co-precipitation, hydrothermal associated with microwave and polymeric precursors. ZnO with addition of rare earths (Cerium and Neodymium) were performed to evaluate the adsorption efficiency. Characterization was carried out by analysis of: X-Ray Diffraction, Surface Area, Raman Spectroscopy, Infrared Spectroscopy, Visible Ultraviolet Spectroscopy, SEM Morphology, Zeta Potential and Dynamic Light Scattering. Afterwards, the samples were tested in the process adsorption, in which 200mL of effluent was used for 0.20 ± 0.5g of ceramic samples, for 24h in the dark and the concentration of indigo was analyzed in the UV-Vis spectrum. The results found from the characterization of nanoadsorbents indicated that different synthesis methods result in different morphologies. XDR, Raman and FTIR analyzes showed homogeneity of all pure and doped ZnO nanoparticles, with the exception of the Zn3CeMPP and Zn5CeMPP samples, showing that the Wurtizite hexagonal structure was predominant. The band-gap and zeta potential were very close, ranging from 3.0 to 3.29 eV and -19.17 to 38.83mV, respectively.
 The indigo dye removal capacity remained at an average of 95.25% ± 0.81, demonstrating an excellent and surprising efficiency in the adsorption process, and it is a possible application technology for textile industries in their wastewater treatment process, as well as a technology applicable to textile industries in their effluent treatment process, proven by toxicity analysis with lettuce seeds, which obtained excellent results, with high growth of radicles.
 
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Data de Publicação
2024-01-03
 
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