Nesse trabalho, catalisadores baseados em carvão de PET (poli (tereftalato de etileno)) e lama vermelha foram sintetizados a partir dos resíduos de PET em pó, gerado na reciclagem de garrafas PET, e lama vermelha (LV), importante resíduo da produção de alumínio pelo processo Bayer. Esses resíduos foram mecanicamente misturados na mesma quantidade de massa, submetidos pirólise (300°C) em forno tubular sob atmosfera inerte (N2) e ativadas em forno tubular em diferentes tempos (2 e 5 h) e temperaturas (800 e 900oC), usando ativação física de CO2. Os materiais foram caracterizados utilizando diferentes técnicas físico-químicas e avaliados quanto a capacidade de remoção de azul de metileno e paracetamol via processo Fenton heterogêneo empregando-se H2O2 como oxidante. Análise Termogravimétrica (TG) indicou maior perda de massa, cerca de 40%, para o material sem ativação (PET-LV), 6% para os ativados a 800°C (PET-LV 800/2h e PET-LV 800/5h) e 1% para o ativado a 900°C (PET-LV 900/5h). A maior perda para o PET-LV está relacionada com a decomposição de material carbonáceo proveniente do PET e as perdas de 6% podem estar relacionada a decomposição de carbonatos de ferro, formados durante a ativação física com CO2. Os difratogramas de raios X (DRX) mostraram que os materiais são formados por uma mistura complexa de fases cristalinas, como gibbsita (Al(OH)3), hematita (-Fe2O3), magnetita (Fe3O4) e/ou maghemita (γ-Fe2O3) e Siderita (FeCO3). A ativação do compósito PET/LV com CO2 em diferentes tempos e temperaturas, alterou a área específica e a reatividade dos materiais. Os materiais apresentaram áreas de 84, 114, 78 e 8 m2g-1 para PET-LV, PET-LV 800/2h, PET-LV 900/5h e PET-LV 900/5h, respectivamente. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostrou que houve alteração na morfologia dos materiais após ativação física com CO2 em diferentes condições. O PET-LV apresentou forma irregular e superfície rugosa, os materiais PET-LV 800/2h e PET-LV 800/5h apresentaram formas irregulares e aspecto esponjoso e o PET-LV 900/5h apresentou morfologia de um aglomerado de partículas de diferentes formas e tamanhos. As análises das características magnéticas indicam que todos os materiais apresentam fases de ferro magnéticas, possivelmente magnetita e/ou maghemita. A espectroscopia Mössbauer indicou a presença de Fe3+ no PET-LV, além de Fe3+ e Fe2+ para os materiais PET-LV 800/2h e PET-LV 800/5h, sendo Fe2+ espécies mais ativas no processo de oxidação. O espectro Mössbauer para o PET-LV 900/5h sugere um aumento no tamanho dos cristalitos das fases de ferro presentes. As análises de pH confirmaram que o processo de síntese dos catalisadores foi capaz de diminuir a basicidade da lama vermelha e o teste de estabilidade revelou que a atividade do material PET-LV 800/5h diminui gradualmente até o quarto ciclo de uso, sendo necessário a reativação do material. Os testes catalíticos para remoção de paracetamol mostraram que os catalisadores PET-LV e PET-LV 900/5h apresentaram remoção de paracetamol semelhante (cerca de 18%, apor 30 min de reação), e os materiais PET-LV 800/2h e PET-LV 800/5h removeram maior quantidade de paracetamol (26 e 40%, respectivamente), possivelmente pela presença de Fe2+. O PET-LV 800/2h foi ainda submetido a teste de adsorção no qual foram removidos 16% da solução de paracetamol, assim, confirmamos a contribuição dos mecanismos combinados de adsorção e oxidação via processo Fenton heterogêneo. Pode-se concluir então, que a utilização dos resíduos de PET e lama vermelha para a produção de catalisadores pode ser uma alternativa promissora do ponto de vista ambiental, uma vez que utiliza resíduos sólidos gerados em grande quantidade na indústria como precursores da produção de catalisadores que podem ser empregados no tratamento de efluentes líquidos. / In this work were studied catalysts based on PET (poly (ethylene terephthalate)) powder, generated through the recycling of bottles, and red mud (RM), an important residue of aluminum production by the Bayer process. These residues were mechanically mixed at the same weight proportion followed by a controlled thermal treatment in tubular furnace at 300°C for 1 h under N2 and then activated using CO2 physical activation at different times (2 and 5 h) and temperatures (800 and 900°C). The materials were characterized using different physicochemical techniques and evaluated for paracetamol removal from water by Fenton heterogeneous-type process using hydrogen peroxide as the oxidant. The Thermogravimetric Analysis (TGA) indicated highest loss of weight, about 40% for the material non-activated (PET-LV), 6% for the activate at 800°C (PET-LV 800/2h and PET-LV 800/5h) and 1% for activated at 900°C (PET-LV 900/5h). In the case of PET-LV, the highest loss weight is related to decomposition of carbonaceous materials from PET, and the weight loss of 6% is possibly to the decomposition of iron carbonates, formed during CO2 physical activation. The X-ray Diffraction (XRD) analysis revealed that the catalyst are formed by a complex mixture of crystalline phases, such as gibbsite (Al(OH)3), hematite (-Fe2O3), magnetite (Fe3O4) and/or maghemite (γ-Fe2O3) and Siderite (FeCO3). The CO2 activation at different times (2 and 5 h) and temperatures (800 and 900°C) of the PET/LV composites affected the surface areas and reactivity of the materials. The catalyst exhibit surface areas of 84, 114, 78 and 8 m2g-1 for PET-LV, PET-LV 800/2h, PET-LV 900/5h and PET-LV 900/5h, respectively. The Scanning Electron Microscopy (SEM) indicated that the materials morphology changed after the thermal treatment in different conditions CO2 activation. The Catalyst PET-LV presented irregular shape and rough surface with cavities whereas the PET-LV 800/2h and PET-LV 800/5h exhibit appearance of spongy-like along with cavities and the PET-LV 900/5h showed agglomerates of different shapes and sizes. The analysis of the magnetic properties indicates that all the catalysts present magnetic iron phases, possibly magnetite and/or maghemite. The Mössbauer Spectroscopy revealed the presence of Fe3+ in PET-LV catalyst. Fe3+ and Fe2+ in the PET-LV 800/2h and PET-LV 800/5h catalyst. The Mössbauer spectrum for PET-LV 900/5h catalyst suggests the increase in the size of the iron oxide crystallites. The pH analysis confirmed that synthesis process of catalyst was able to decrease the basicity of the red mud (possibly NaOH) and the stability test revealed that activity of PET-LV 800/5h catalyst gradually decreased until fourth cycle, leading to negligible catalytic activity. Catalytic tests for paracetamol removal showed PET-LV and PET-LV 900/5h catalyst presented similar drug removal (about 18%, after 30 min of reaction). The catalyst activated at 800°C (PET-LV 800/2h and PET-LV 800/5h) removed a higher amount of paracetamol (26 and 40%, respectively), possibly due to the presence of Fe2+. The adsorption test with PET-LV 800/2h presented 16% of paracetamol remove, thus confirming the contribution of the combined adsorption and oxidation process through Fenton-like heterogeneous process. It can be concluded that use of PET powder and red mud residues for catalyst production can be considered an environmental and promising alternative, since it uses solid residues generate in large amount in the industry as precursors for the catalyst production that can be applied for wastewater treatment.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:10.254.254.39:tede/1028 |
| Date | 26 April 2017 |
| Creators | SOUSA, Leonardo Siqueira de |
| Contributors | OLIVEIRA, Cinthia de Castro, http://lattes.cnpq.br/5735402062329725, GUERREIRO, Mário César, GIRALDI, Tânia Regina |
| Publisher | Universidade Federal de Alfenas, Instituto de Ciência e Tecnologia, Brasil, UNIFAL-MG, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UNIFAL, instname:Universidade Federal de Alfenas, instacron:UNIFAL |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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