Remoção do corante preto reativo 5 em solução aquosa por adsorção e/ou oxidação eletroquímica

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dc.contributor.advisor-co1Profeti, Demetrius
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4565-3331
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5030262115789096
dc.contributor.advisor1Ribeiro, Josimar
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9544-1647
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1265145498501171
dc.contributor.authorPaquini, Lucas Destefani
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-1285-8031
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3239593331960071
dc.contributor.referee1Lima, Fabio Henrique Barros de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-5501-2429
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8978509213666235
dc.contributor.referee2Costa, Carla Regina
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-7057-6393
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0088443679133064
dc.contributor.referee3Cestarolli, Dane Tadeu
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-1453-9499
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6247805873454988
dc.contributor.referee4Ferreira, Rafael de Queiroz
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-5190-8508
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5053247764430323
dc.date.accessioned2025-04-15T22:10:45Z
dc.date.available2025-04-15T22:10:45Z
dc.date.issued2025-02-27
dc.description.abstractThe expansion of the textile sector has played a fundamental role in accelerating industrialization on a global scale. However, this industry has caused significant environmental impacts, particularly due to the improper disposal of effluents with high contamination loads, including azo dyes, with reactive black 5 (RB-5) being one of the most concerning. Thus, the search for effective decontamination methods is essential, among which adsorption and electrochemical advanced oxidation processes stand out as promising strategies for the removal of these pollutants. This study investigated adsorption and electrochemical oxidation applied to RB-5 removal in synthetic effluents. In the adsorption process, a C/TiO2 composite was developed and characterized. X-ray diffraction (XRD) analysis indicated that both the composite and the TiO₂ support predominantly exhibited anatase phases. Scanning electron microscopy (SEM) revealed morphological changes in the material after adsorption. The specific surface area of the adsorbent was approximately 54.24 m2 g–1, while Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) confirmed the presence of various functional groups, some of which were related to the dye structure after adsorption. The point of zero charge (pHPZC) indicated favorable adsorption conditions for pH ≤ 7.47. After fitting to nonlinear equations, the Sips model best described the adsorption equilibrium. On the other hand, the adsorption kinetics followed the Avrami fractional order model, suggesting an adsorption governed by multiple stages. Thermodynamically, adsorption was classified as endothermic, entropy-controlled, and exergonic. The electrochemical oxidation process involved the development and characterization of dimensionally stable anode (DSA) with the Ti/IrO2-SnO2-Ta2O5 configuration. XRD analysis of the electrodes revealed characteristic phases of IrO2, SnO2, Ti, and Ta2O5, while SEM images displayed the typical "cracked mud" morphology. Cyclic voltammetry (H2SO4) evidenced the capacitive behavior of the electrodes, with a roughness factor ranging from 0.3260 to 0.6812. Electrochemical mass spectrometry (EC-MS) confirmed the predominance of electrogenerated molecular chlorine (Cl2) over the oxygen evolution reaction, especially under high Sn/Ta ratios and acidic pH conditions. Ion chromatography (IC) allowed the quantification of Cl⁻ and ClO⁻, while electrochemical impedance spectroscopy (EIS) evidenced that Cl₂/HOCl formation occurs at potentials above 1.25 V vs. Ag/AgCl, with lower charge transfer resistance (Rtc) in compositions containing up to 10% Ta. The chemical and structural stability of the electrodes was confirmed by the nearly constant solution resistance (Rs) and double-layer capacitance (Cdl), which indicated rough and porous surfaces. The RB-5 dye degradation process was efficient, with apparent rate constants ranging from 0.00121 to 0.00571 s–1, being most effective in the Ir/Sn/Ta 30:70:00, 30:65:05, and 30:60:10 electrodes. The chemical oxygen demand (COD) removal varied between 71.72% and 32.47%, and energy consumption was lower (0.482 kWh m–3) for compositions with lower Ta content. The results highlight the feasibility of both techniques (adsorption and electrochemical oxidation) for the treatment of industrial effluents containing dyes
dc.description.resumoA expansão do setor têxtil tem desempenhado um papel fundamental na aceleração da industrialização a nível global. Contudo, este ramo tem causado diversos impactos ambientais, especialmente devido ao descarte inadequado de efluentes com alta carga de contaminantes, incluindo os azo-corantes, sendo o preto reativo 5 (RB-5) um dos mais preocupantes. Assim, torna-se essencial a busca por métodos eficazes de descontaminação, entre os quais a adsorção e os processos eletroquímicos oxidativos avançados se destacam como estratégias promissoras para a remoção desses poluentes. O presente estudo investigou a adsorção e a oxidação eletroquímica aplicados à remoção de RB-5 em efluentes sintéticos. No processo de adsorção, foi desenvolvido e caracterizado um compósito C/TiO2. As análises de difração de raios X (DRX) indicaram que tanto o compósito quanto o suporte de TiO2 apresentaram predominantemente fases de anatase. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou alterações morfológicas no material após a adsorção. A área superficial do adsorvente apresentou-se cerca de 54,24 m2 g–1, enquanto a espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) confirmou a presença de diversos grupos funcionais, alguns dos quais são pertinentes à estrutura do corante, após o processo de adsorção. O pH do ponto de carga zero (pHPCZ) indicou condições favoráveis de adsorção para pH ≤ 7,47. Após ajustes às equações não-lineares, o modelo de Sips foi o que melhor descreveu o equilíbrio de adsorção. Por outro lado, a cinética do processo seguiu o modelo de Avrami para ordem fracionária, evidenciando uma adsorção governada por múltiplas etapas. Termodinamicamente, a adsorção foi classificada como endotérmica, de controle entrópico e exergônica. O processo de oxidação eletroquímica envolveu o desenvolvimento e caracterização de eletrodos tipo ânodo dimensionalmente estável (ADE) com a configuração Ti/IrO2 SnO2-Ta2O5. As análises de DRX dos eletrodos revelaram fases características de IrO2, SnO2, Ti e Ta2O5, enquanto as imagens de MEV exibiram a morfologia típica de "barro rachado". A voltametria cíclica (H2SO4) evidenciou o comportamento capacitivo dos eletrodos, com fator de rugosidade variando entre 0,3260 e 0,6812. As análises por electrochemical mass spectrometry (EC-MS) confirmaram a predominância da eletrogeração de cloro molecular (Cl2) sobre a reação de desprendimento de oxigênio, especialmente sob alta Sn/Ta e pH ácido. A cromatografia de íons permitiu quantificar Cl- e ClO-, enquanto a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) evidenciou que a formação de Cl2/HOCl ocorre em potenciais superiores a 1,25 V vs. Ag/AgCl, com menor resistência de transferência de carga (Rtc) nas composições contendo até 10% de Ta. A estabilidade química e estrutural dos eletrodos foi confirmada pela resistência de solução (Rs) praticamente constante e pela capacitância de dupla camada (Cdl), que indicou superfícies rugosas e porosas. O processo de degradação do corante RB-5 mostrou-se eficiente, com constantes de velocidade aparente entre 0,00121 e 0,00571 s–1, sendo processo mais eficaz nos eletrodos Ir/Sn/Ta 30:70:00, 30:65:05 e 30:60:10. A remoção da DQO variou entre 71,72% e 32,47%, e o consumo energético foi menor (0,482 kWh m–3) para composições com menor teor de Ta. Os resultados destacaram a viabilidade de ambas as técnicas (adsorção e oxidação eletroquímica) para o tratamento de efluentes industriais contendo corantes
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19175
dc.languagepor
dc.language.isopt
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.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectCorantes
dc.subjectDescontaminação
dc.subject Adsorção
dc.subjectCompósitos
dc.subjectEletroquímica
dc.subjectDyes
dc.subjectDecontamination
dc.subjectAdsorption
dc.subjectComposite
dc.subjectElectrochemistry
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleRemoção do corante preto reativo 5 em solução aquosa por adsorção e/ou oxidação eletroquímica
dc.title.alternativeRemoval of reactive black 5 dye from aqueous solution by adsorption and/or electrochemical oxidation
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxlucasdestefanip@hotmail.com
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