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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2023.tde-28122023-093830
Document
Author
Full name
Felipe Boross Carvalho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Fungaro, Denise Alves (President)
Izidoro, Juliana de Carvalho
Setz, Luiz Fernando Grespan
Title in Portuguese
Obtenção de sílica a partir de cinzas de resíduo de cana-de-açúcar por processo sol-gel e aplicação na remoção de corante
Keywords in Portuguese
azul de metileno
cristal violeta
sílica
sol-gel
Abstract in Portuguese
O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo. Na safra 2021/2022, o país produziu aproximadamente 576 milhões de toneladas de cana-de-açúcar. Durante o processamento da cana milhões de toneladas de bagaço de cana-de-açúcar são gerados, os quais são então queimados, produzindo cinzas. Neste trabalho foi realizada a síntese de sílica obtida a partir de cinzas de resíduo de cana-de-açúcar utilizando o método de fusão alcalina seguida de precipitação ácida. Os seguintes parâmetros que afetam a eficiência da síntese foram avaliados: relação de cinzas e NaOH, temperatura e tempo de fusão, tempo de refluxo, ácido usado na precipitação (tipo e concentração) e pH de gelificação. As amostras de sílica foram caracterizadas pela composição mineralógica (difração de raios-X), composição química (EDX), umidade, densidade aparente e pH, entre outras. A partir do planejamento fatorial 2n foi possível identificar que a relação de cinzas e NaOH foi o fator com maior influencia no rendimento da síntese da sílica. O rendimento da sílica foi usado para determinação das condições otimizadas da síntese que foram as seguintes: relação cinzas: NaOH = 1:2 em massa; temperatura de fusão = 300ºC; tempo de fusão = 30 min; tempo de refluxo = 1 h e ácido sulfúrico 8 mol L-1 com pH final do gel igual a 8. A sílica preparada nas condições otimizadas foi usada na remoção de azul de metileno e cristal violeta de solução aquosa. Os modelos de Langmuir, Freundlich e Tekmin foram utilizados para se estabelecer as isotermas de adsorção, segundo as quais se pode concluir que o modelo de Freundlich foi o mais adequado para o azul de metileno, sugerindo a formação de multicamadas de material adsorvido e o modelo de Tekmin foi o mais apropriado para o cristal violeta, sugerindo a formação de uma monocamada de material adsorvido. A capacidade máxima de adsorção, segundo modelo de Langmuir, foi de 108,4 mg·g-1 para o azul de metileno e 102,0 mg·g-1 para o cristal violeta.
Title in English
Obtaining silica from sugarcane ash residue by the sol-gel process and application in dye removal
Keywords in English
crystal violet
methylene blue
silica
sol-gel
Abstract in English
Brazil is the biggest sugarcane producer in the world. In the 2021/2022 harvest, the country produced approximately 576 million tonnes of sugarcane, during the sugarcane processing, millions of tonnes of sugarcane bagasse are generated, which are then burned, producing ash. In this work the synthesis of silica obtained from the sugarcane ash was made, utilizing the alkaline fusion followed by acid precipitation. The following parameters, that affect the efficiency of the synthesis, were evaluated: proportion of ash to NaOH, temperature and time of the fusion, time in reflux, acid used in the precipitation ( type and concentration) and pH of gelation. The samples of silica were characterized by mineralogic composition (X-ray diffraction), chemical composition (EDX), humidity, apparent density and pH, among others. From the factorial planing 2n it was possible to identify the relation between ashes to NaOH as the factor with the most influence on the yield of the silica synthesis. The yield of silica was used for the determination of the optimized conditions of the synthesis, which were as follows: the relationship ash:NaOH = 1:2 for mass; temperature of the fusion = 300 ºC; fusion time = 30 min; reflux time = 1 h and sulfuric acid 8 mol L-1 with a final pH of the gel equal to 8. The silica prepared in the optimized conditions was used on the removal of methylene blue and crystal violet from an aqueous solution. The models of Langmuir, Freundlich and Tekmin were utilized to establish the adsorption isotherms, according to which can be concluded that the Freundlich model was the most suitable for the methylene blue, suggesting the formation of multilayers of adsorbed material, and Tekmin model was the most suitable for the crystal violet, suggesting the formation of a monolayer of adsorbed material. The maximum capacity of adsorption, according to the Langmuir model, was 108,4 mg g-1 for methylene blue and 102,0 mg g-1 for the crystal violet.
 
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Publishing Date
2024-01-08
 
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