Orientador : Dr. Antonio Sálvio Mangrich / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 12/03/2015 / Inclui bibliografia / Área de concentração: Inorganic Chemistry / Resumo: A nanotecnologia é uma ciência de engenharia em que o objetivo é desenvolver
procedimentos e estruturas em nanoescala, com novas propriedades que podem
oferecer soluções para muitos problemas atuais. Nesta pesquisa, descrevemos a
síntese de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético (Fe3O4). As
nanopartículas de óxido de ferro contêm um núcleo de óxido de ferro, que é cercado
por um escudo de ligantes. O escopo deste trabalho foi a preparação de
nanopartículas superparamagnéticas baratas e revestidas com extrato de tanino
condensado pirolisado extraído de Acacia mearnsii formando nanopartículas
estruturadas num núcleo-camada de cobertura, usando um processo de coprecipitação
de passo único. Extrato seco de tanino de foi por terra e blindados
(usando uma peneira de malha-80), e 200 g por litro foi adicionado a uma solução
aquosa contendo cloreto férrico e cloreto ferroso relação molar de 2:1 em um meio
básico de pH = 10. A mistura foi agitada vigorosamente por 30 minutos. Após a
formação de precipitado, ele foi separado por centrifugação e depois de secar o
precipitado foi pirolisado na temperatura desejada 400 °C ou 700 °C,
respectivamente, a taxa de 5 ° C/min por 6 h. A caracterização do material
preparado foi realizada utilizando espectroscopia de infravermelho com
transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV),
microscopia eletrônica de transmissão (TEMPLETON et al.), difração de raios x
(XRD) e análise de Brunauer-Emmett-Teller (BET). As nanopartículas
superparamagnéticas de óxido de ferro em tanino pirolisado (SPMIOBNPs)
apresentaram tamanhos médios na faixa de 20-35 nm determinados com a ajuda
da XRD e equação de Scherrer. As análises de BET e SEM confirmaram que a
superfície das SPMIOBNPs apresentavam estrutura porosa, com multicamadas de
microporos e isoterma do tipo H(III). As SPMIOBNPs preparadas mostraram
atração muito forte em direção de campo magnético externo, usando
espectroscopia de EPR, ou disco do ímã de neodymium. As propriedades
magnéticas revelaram que os SPMIOBNPs eram superparamagnéticas, com
saturação de magnetização de 32 emu/g a 300 K utilizando magnetômetro SQUID.
O desempenho das SPMIOBNPs na limpeza de águas mostraram um bom
resultado na remoção de cromo hexavalente [Cr(VI)] da água contaminada. Os
resultados mostraram que a adsorção de Cr(VI) pelas SPMIOBNPs era dependente
pH, sendo que as maiores adsorções se deram no menor pH da solução de valor
2. O estudo por espectroscopia de fotoeletrônica de raios x (XPS) mostrou que que
a maior parte do Cr(VI) adsorvido foi reduzido a Cr(III). Neste estudo, podemos
concluir que SPMIOBNPs têm o potencial de remoção de cromo hexavalente de
águas residuais. O equilíbrio cinético do processo de sorção também foi
investigado. A sorção de Cr(VI) pelas SPMIOBNPs preparadas seguiu o modelo
cinético de pseudo - segunda ordem sugerindo que a taxa de reação de sorção
depende de dois parâmetros, que podem ser a concentração do sorbato e dosagem
do adsorvente. Segundo modelo de ordem indica que ’Quimissorção’ ocorreu
durante o processo de adsorção ou seja, uma nova espécie químicos foram criados
na superfície do adsorvente.
Palavras-chave: Nanotecnologia, superparamagnético, biocarvão, tanino,
co-precipitação, cromo hexavalente. / Abstract: Nanotechnology is an engineering science in which the aim is to develop
procedures and structures at the nanoscale, with novel properties that might
offer solutions to many current problems. In this research, we describe the
synthesis of superparamagnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles. Iron oxide
nanoparticles contain a core of iron oxide which is surrounded by a shell of
ligands. The scope of this work is a preparation of cheap superparamagnetic
nanoparticles and coating them with extract of condensed tannin extract of
Acacia mearnsii to form core-shell structured biochar nanoparticles, using a
single step co-precipitation process. Dry tannin extract of was ground and
screened (using an 80-mesh sieve), and 200 g per liter was added to an aqueous
solution containing ferric chloride and ferrous chloride 2:1 molar ratio at a basic
medium of pH =10. The mixture has been vigorously stirred for 30 minutes. After
the formation of precipitate it was separated by centrifugation and after drying
the precipitate was pyrolysed on desired temperature 400 °C and 700 °C
respectively at a rate of 5 °C/min for 6 h. Characterization of this material
(acronym: SPMIOBNPs) was performed using Fourier transform infrared
spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), transmission
electron microscopy , X-ray diffraction (XRD) and Brunauer–Emmett–Teller
(BET) analysis. The SPMIOBNPs particles produced were contained iron oxide
nanoparticles with average sizes in the range of 20-35 nm determined with help
of XRD and Scherrer equation. The XRD diffractogram suggest the. SEM and BET
analysis confirm its porous, multilayer micropores structure surface with H(III)
type of isotherm. The FTIR analysis give an idea about the changes take place
in the structure after pyrolysis attributing the formation SPMIOBNPs with
characteristic functional groups. SPMIOBNPs prepared shows very strong
attraction toward external magnetic field using a disc of neodymium magnet. The
magnetic properties revealed that the SPMIOBNPs were superparamagnetic,
with a saturation magnetization of 32 emu/g at 300 K using vibrating sample
magnetometer SQUID. The performance of the SPMIOBNPs show a good result
in the removing of hexavalent chromium Cr(VI) from contaminated water. The
detection of total chromium in the solution was analyzed with the help of flame
atomic absorption and hexavalent chromium was done with the help of 1,5-
diphenylcarbohydrazide method. Equilibrium, kinetics, of the sorption process
were also investigated which show some reduction of Cr(VI) to Cr(III). The
results showed that Cr(VI) adsorption on SPMIOBNPs was dependent on lower
pH of the solution i.e. 2. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) study
showed that during Chromium adsorption, some amount Fe(II) was transformed
into Fe(III) by the redox reaction and Cr(VI) species were reduced to Cr(III)
species. In this study we conclude that SPMIOBNPs have potential in removal
of chromium hexavalent from waste water. The sorption kinetics of Cr(VI) onto
SPMIOBNPs are followed the pseudo-second order kinetic model suggesting
that the sorption reaction rate depends on two parameters, which might be the
sorbate concentration and sorbent dosage. Second order kinetic model indicates
that ’Chemisorption’ took place during the adsorption process i.e. a new chemical
species were created at the adsorbent surface.
Key-words : Nanotechnology, superparamagnetic, biochar, tannin, coprecipitation,
hexavalent chromium.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/37621 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Khan, Muhammad Younas |
| Contributors | Mangrich, Antonio Salvio, 1939-, Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 102 f. : il. (algumas color.), tabs., grafs. ; 31 cm., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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