Óxidos Mistos (ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4@SiO2) Reciclados a Partir de Baterias de Zn-MnO2 e Rejeitos de Mineração de Ferro Aplicados como Fotocatalisadores, Pseudocapacitores e Sensores Eletroquímicos

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dc.contributor.advisor-co1Lelis, Maria de Fátima Fontes
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4828-4482
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9047743898158654
dc.contributor.advisor1Freitas, Marcos Benedito José Geraldo de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1521-774X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3485939623614913
dc.contributor.authorMagnago, Luma Barbosa
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-5271-5572
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4135641802415178
dc.contributor.referee1Garcia, Eric Marsalha
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3731-7568
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8006969980460016
dc.contributor.referee2Almeida, Luiz Carlos Pimentel
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0064380963494664
dc.contributor.referee3Morais, Verônica Santos de
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7324-2057
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3680926664416715
dc.contributor.referee4Ferreira, Sandra Aparecida Duarte
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-4828-4482
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5439516820869374
dc.date.accessioned2024-06-20T13:42:14Z
dc.date.available2024-06-20T13:42:14Z
dc.date.issued2024-02-02
dc.description.abstractIn this study, mixed oxides were prepared using spent alkaline battery anodes, silt fraction (FS), and raw iron mining reject (RB), and applied as photocatalysts, pseudocapacitors, and electrochemical sensors. Characterization analyses revealed that the mixed oxides (FS) and (RB) are composed of SiO2, ZnO, Fe2O3, ZnFe2O4, and are formed by agglomerates of nanoscale particles with a diameter < 200 nm and cubic shapes. For the photocatalytic study, a complete 23 factorial design was conducted to determine the optimal conditions of pH, H2O2 quantity, and the mass of mixed oxide (FS) or (RB) required for the decolorization of 1.56 x 10-6 mol of methylene blue dye (AM) under solar irradiation. The maximum decolorization efficiency was 96 % after 30 min using mixed oxide (FS) and 90 % after 45 min using mixed oxide (RB) with 2.35 x 10-5 mol of H2O2 and 20 mg of the material at pH 3. The efficiencies remained unchanged even after four successive decolorization cycles, and no solution after treatment showed toxicity in the Allium cepa (onion seed) test. In electrochemical studies, mixed oxide (FS) exhibited favorable characteristics for pseudocapacitor application due to its high capacitance (87.16 F g -1 ), energy density (27.24 Wh kg-1 ), power density (524.41 W kg -1 ), and reversibility (93 %). On the other hand, mixed oxide (RB) showed better sensitivity for use as an ascorbic acid (AA) sensor, with a value of 0.23 A mol-1 L cm-2 . This study encompasses recycling of waste and rejects to prepare new materials with multifunctional applications, contributing to environmental sustainability, preservation of raw materials, and the generation of a circular economy.
dc.description.resumoNeste estudo, óxidos mistos foram preparados utilizando o ânodo de pilhas alcalinas exauridas, a fração silte (FS) e o rejeito bruto (RB) de mineração de ferro e foram aplicados como fotocatalisadores, pseudocapacitores e sensores eletroquímicos. As análises de caracterização revelaram que os óxidos mistos (FS) e (RB) são compostos por SiO2, ZnO, Fe2O3, ZnFe2O4 e são formados por aglomerados de partículas nanométricas com diâmetro < 200 nm e formatos cúbicos. Para o estudo fotocatalítico, um design fatorial completo 23 foi realizado para determinar as condições ótimas de pH, da quantidade de H2O2 e da massa do óxido misto (FS) ou (RB) necessárias para a descoloração de 1,56 x 10-6 mol do corante azul de metileno (AM) sob irradiação solar. A eficiência máxima de descoloração foi de 96 % após 30 min utilizando o óxido misto (FS) e de 90 % após 45 min utilizando o óxido misto (RB) com 2,35 x 10−5 mol de H2O2 e 20 mg do material a pH 3. As eficiências permaneceram sem alteração significativa mesmo após quatro ciclos sucessivos de descoloração e nenhuma solução após o tratamento apresentou toxicidade no teste com Allium cepa (semente de cebola). Nos estudos eletroquímicos, o óxido misto (FS) exibiu características favoráveis para aplicação como pseudocapacitor devido à sua alta capacitância (87,16 F g-1 ), densidade de energia (27,24 Wh kg-1 ), densidade de potência (524,41 W kg-1 ) e reversibilidade (93 %). Em contrapartida, o óxido misto (RB) apresentou melhor sensibilidade para ser utilizado como sensor de ácido ascórbico (AA), com valor de 0,23 A mol-1 L cm-2 . Esse estudo engloba reciclagem de resíduos e rejeitos para o preparo de novos materiais com aplicações multifuncionais, contribuindo para a sustentabilidade ambiental, para a preservação de matériasprimas e para geração de uma economia circular.
dc.description.sponsorshipAgência(s) de fomento
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17431
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectBaterias alcalinas
dc.subjectrejeitos de mineração de ferro
dc.subjectreciclagem
dc.subjectfotocatalisador
dc.subjectpseudocapacitor
dc.subjectsensor eletroquímico
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqÁrea(s) do conhecimento do documento (Tabela CNPq)
dc.titleÓxidos Mistos (ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4@SiO2) Reciclados a Partir de Baterias de Zn-MnO2 e Rejeitos de Mineração de Ferro Aplicados como Fotocatalisadores, Pseudocapacitores e Sensores Eletroquímicos
dc.title.alternativeMixed Oxides (ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4@SiO2) Recycled from Zn-MnO2 Batteries and Iron Mining Taillings Applied as Photocatalysts, Pseudocapacitors, and Electrochemical Sensors
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxemail@ufes.br
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