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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2021.tde-19072023-123224
Document
Author
Full name
Nicoly Milhardo Lourenço Nohara
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2021
Supervisor
Committee
Izário Filho, Hélcio José (President)
Aguiar, Leandro Gonçalves de
Salazar, Rodrigo Fernando dos Santos
Vernilli Junior, Fernando
Title in Portuguese
Estudo da mistura de TiO2 e ZnO em matriz polimérica para aplicação em fotocatálise heterogênea solar de lixiviado de aterro sanitário
Keywords in Portuguese
Fotocatálise heterogênea
Lixiviado
Substâncias húmicas
Abstract in Portuguese
Processos de tratamento em scale up ainda são iminentes e impeditivos em função do custo e da dificuldade de oxidação de compostos de alta toxicidade e recalcitrantes. Uma tecnologia promissora para o tratamento de lixiviados é a fotocatálise heterogênea, um tipo de processo oxidativo avançado (POA) que pode utilizar a luz solar como fonte de irradiação. Dentre os semicondutores mais utilizados nesses processos, destacam-se o TiO2 e o ZnO que, se utilizados em conjunto, promovem uma taxa de degradação de poluentes superior em relação a utilização em separado; além de atuarem na faixa de absorção de luz solar (UV-Vis). Uma forma de utilizar os semicondutores é fixando-os em um suporte estacionário, como é o caso das tintas que podem ser aplicadas em qualquer superfície (conforme especificações do fabricante). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito de três proporções químicas de ZnO-TiO2 incorporadas a um verniz acrílico na degradação das principais funções orgânicas contidas no lixiviado (ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e huminas). Com o objetivo de avaliar a eficiência do processo fotocatalítico, foram estudados como parâmetros de processo (1) três composições mássicas do sistema binário (ZnO35TiO2, ZnO56TiO2 e ZnO80TiO2); (2) três faixas de pH do lixiviado, (a) ácido (4,5-5,0), (b) neutro (6,5-7,0) e (c) alcalino (7,5-8,0). O percentual de degradação das concentrações do ácido húmico, ácido fúlvico e humina foram avaliados por meio de ferramentas estatísticas. Os resultados apontaram para uma maior facilidade em degradar o ácido húmico pela mistura ZnO80TiO2 e em meio ácido (níveis -1 e -1), com a máxima em 79%. As amostras de ácido fúlvico e humina, por sua vez, tiveram melhor desempenho com a mistura ZnO35TiO2 em pH básico (níveis 1 e 1). De maneira geral, os resultados se justificam pelas diferenças estruturais de solubilidade e composição dessas moléculas, bem como da distribuição de cargas superficiais e sua relação com os pontos de carga zero das tintas obtidas, além dos tamanhos de partícula obtidos com o preparo do material. Conclui-se, portanto, que uma solução economicamente viável e única para o tratamento dessas substâncias ainda não é viável, sendo necessários mais estudos para otimização desses experimentos.
Title in English
Study of the mixture of TiO2 and ZnO in polymeric matrix for application in heterogeneous solar photocatalysis of landfill leachate
Keywords in English
Heterogeneous photocatalysis
Humic substances
Leachate
Abstract in English
Scale-up treatment processes are still imminent and preventive due to the cost and difficulty of oxidizing highly toxic and recalcitrant compounds. A promising technology for the treatment of leachate is heterogeneous photocatalysis, a type of advanced oxidative process (POA) that can use sunlight as a source of irradiation. Among the semiconductors most used in these processes, TiO2 and ZnO stand out, which, if used together, promote a higher pollutant degradation rate compared to separate use; besides acting in the range of absorption of sunlight (UV-Vis). One way to use semiconductors is to fix them on a stationary support, as is the case of paints that can be applied to any surface (according to the manufacturer's specifications). The present work aimed to evaluate the effect of three chemical proportions of ZnO-TiO2 incorporated into an acrylic varnish on the degradation of the main organic functions contained in the leachate (humic acids, fulvic acids and humines In order to evaluate the efficiency of the photocatalytic process, three mass compositions of the binary system (ZnO35TiO2, ZnO56TiO2 and ZnO80TiO2) were studied as process parameters (1); (2) three pH ranges of the leachate, (a) acidic (4.5-5.0), (b) neutral (6.5-7.0) and (c) alkaline (7.5-8.0 ). The percentage of degradation of the concentrations of humic acid, fulvic acid and humine were evaluated using statistical tools. The results pointed to a greater ease in degrading humic acid when there is a predominance of TiO2 in the composition and in an acid medium (levels -1 and -1), with the maximum in 79%. The samples of fulvic acid and humine, in turn, performed better with mixture 1 at basic pH (levels 1 and 1). In general, the results are justified by the structural differences in the solubility and composition of these molecules, as well as the distribution of surface charges and their relationship with the zero charge points of the paints obtained, in addition to the particle sizes obtained with the preparation of the material. It is concluded, therefore, that an economically viable and unique solution for the treatment of these substances is not yet feasible, and further studies are needed to optimize these experiments.
 
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Publishing Date
2023-07-19
 
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