Síntese e caraterização físico-química de compósitos baseados em polianilina/magnetita: uma aplicação à adsorção do corante azul de metileno em solução aquosa

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dc.contributor.advisorDi Mauro, Eduardo
dc.contributor.authorBuelvas, Daina Dayana Arenas
dc.contributor.bancaDall’Antonia, Luiz Henrique
dc.contributor.bancaPiccinato, Marilene Turini
dc.contributor.bancaLaureto, Edson
dc.contributor.bancaVignoto, Ricardo
dc.contributor.bancaRinaldi, Andrelson Wellington
dc.contributor.coadvisorVicentin, Bruno Luiz Santana
dc.coverage.extent92 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-08-09T12:52:03Z
dc.date.available2024-08-09T12:52:03Z
dc.date.issued2023-04-06
dc.description.abstractOs grandes avanços na indústria têxtil têm causado sérios problemas ambientais, uma vez que estas indústrias utilizam corantes sintéticos em seus produtos e, como resultado, geram uma quantidade considerável de efluentes contaminados causando poluição das águas. Portanto, o tratamento de águas residuais contendo tais corantes tornou-se uma preocupação ambiental significativa. Este estudo teve como objetivo obter um compósito (CP) reutilizável à base de polímero condutor para remoção do corante azul de metileno (AM) em solução aquosa. Para isso, CPs com diferentes proporções molares de anilina:Fe3O4 (10:1 e 50:1) foram sintetizados, caracterizados e utilizados como adsorventes no estudo de adsorção do AM. A metodologia de superfície de resposta (MRS) associada a um planejamento composto central (CCD), foi aplicado para otimizar os parâmetros operacionais (pH, temperatura e concentração de adsorvente) e construir um modelo empírico capaz de prever a porcentagem de remoção do AM. Os resultados das isotermas e modelos cinéticos de adsorção foram ajustados pelos modelos de Langmuir, Freundlich, pseudoprimeira-ordem (PPO), pseudosegunda-ordem (PSO) e difusão intrapartícula (IPD). Além disso, foram calculados os parâmetros termodinâmicos (?G, ?H, ?S) para determinar o valor energético e a natureza envolvida no processo de adsorção. A caraterização físico-química (FTIR, DRX, MEV, DLS, fisissorção do N2 a 77K, Magnetometría e potencial Zeta) confirmou a formação das estruturas desejadas. O CP 50:1 apresentou melhor desempenho na remoção do AM. O pH e sua interação com a temperatura e concentração do adsorvente foram significativos. A isoterma de Langmuir e o modelo cinético PSO se ajustaram bem aos dados de adsorção. A capacidade máxima de adsorção foi de 61,51 mg g-1 em 30 min. O IPD revelou que a difusão intrapartícula está envolvida no processo de adsorção, mas não é o único mecanismo limitante na adsorção. A incorporação de Fe3O4 na matriz da PANI melhorou a eficiência de adsorção do CP 50:1 aumentando sua área específica e diâmetro médio de poros. Além disso, o modelo estatístico proposto a partir da optimização do sistema mostrou-se eficiente (R2 = 0,9956) para determinar a porcentagem de remoção do AM de uma solução aquosa. Os valores calculados de ?Gº negativo e ?Hº positivo sugeriram a natureza espontânea e endotérmica do processo de adsorção. A adsorção do AM pelo material é de natureza física. Consequentemente, CPs baseados em PANI/Fe3O4 podem ser usados pelo menos três vezes, mantendo seu desempenho absortivo acima de 70%. Além disso, a recuperação do material pode ser facilmente realizada com auxílio de um imã, seguido de tratamento químico com ácido (HCl – 0,1 mol L-1)
dc.description.abstractother1The significant advances in the textile industry have caused severe environmental problems since they use synthetic dyes in their products and, as a result, generate a considerable number of contaminated effluents caused by water. Therefore, wastewater treatment containing such dyes has become a significant environmental concern. This study aimed to obtain a reusable composite based on a conductive polymer for removing methylene blue (MB) dye in an aqueous solution. For this, CPs with different molar ratios of aniline: Fe3O4 (10:1 and 50:1) were synthesized, characterized, and used as adsorbents in the study of AM adsorption. The response surface methodology (RSM) associated with a central composite design (CCD) was applied to optimize the operational parameters (pH, temperature, and adsorbent concentration) and build an empirical model capable of predicting the percentage of MB removal. The results of isotherms and adsorption kinetic models were fitted by Langmuir, Freundlich, pseudo-first-order (PFO), pseudo-second-order (PSO), and intraparticle diffusion (IPD) models. Furthermore, thermodynamic parameters (?G, ?H, ?S) were calculated to determine the energy value and the nature involved in the adsorption process. The physical-chemical characterization confirmed the formation of the desired structures. CP 50:1 showed better performance in MB removal. The pH and its interaction with temperature and adsorbent concentration were impressive. The Langmuir isotherm and the PSO kinetic model fit the adsorption data well. The maximum adsorption capacity was 61.51 mg g-1 in 30 min. IPD revealed that intraparticle diffusion is involved in adsorption, but it is not the only limiting mechanism in adsorption. Incorporating Fe3O4 in the PANI matrix improved the adsorption efficiency of the PANI/Fe3O4 CPs, increasing their specific area and average pore diameter. In addition, the statistical model proposed from the system optimization proved efficient (R2 = 0.9956) in determining the percentage of AM removal from an aqueous solution. The calculated values of negative ?Gº and positive ?Hº suggested the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process. The adsorption of AM by the material is physical. Consequently, PANIFe3O4-based compounds can be used at least three times, keeping their absorptive performance above 70%, and can be easily separated from water using a magnet after treatment
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17164
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Física
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Física
dc.subjectPolímeros condutores
dc.subjectÓxido de ferro
dc.subjectCorante catiônico
dc.subjectMetodologia de superfície de resposta (MSR)
dc.subjectDesign de experimentos
dc.subjectFísico-química
dc.subjectCompostos orgânicos
dc.subjectÁguas residuais
dc.subjectMeio ambiente
dc.subjectPoluição das águas
dc.subjectAzul de metileno
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.keywordsConductive polymers
dc.subject.keywordsIron oxide
dc.subject.keywordsCationic dye
dc.subject.keywordsResponse surface methodology (MSR)
dc.subject.keywordsExperiment design
dc.subject.keywordsPhysical chemistry
dc.subject.keywordsOrganic compounds
dc.subject.keywordsSewage
dc.subject.keywordsEnvironment
dc.subject.keywordsWater pollution
dc.subject.keywordsMethylene blue
dc.titleSíntese e caraterização físico-química de compósitos baseados em polianilina/magnetita: uma aplicação à adsorção do corante azul de metileno em solução aquosa
dc.title.alternativeSynthesis and physical-chemical characterization of composites based on polyaniline/magnetite: an application to the adsorption of methylene blue dye in aqueous solution
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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