Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/44778
Type: Dissertação
Title: Nanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos das águas contaminadas
Other Titles: Carbon nanotubes and graphene oxide for removing dissolved metals from contaminated water
Nanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos nas águas contaminadas
Nanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos de águas contaminadas
Authors: Daniel Andrés Grajales Ruiz
First Advisor: Rubén Dario Sinisterra Millán
First Referee: Marcelo Gomes Speziali
Second Referee: Glaura Goulart Silva
Abstract: Uma das preocupações globais mais prementes é a disponibilidade de água potável. As atividades humanas, industriais e agrícolas em grande escala, bem como desastres como a ruptura das barragens em Brumadinho e Mariana têm contaminado a água com metais. Uma das alternativas para o processo de adsorção de metais são os nanomateriais carbonosos. Neste trabalho, foi proposto o uso de nanotubos de carbono e óxido de grafeno para remover os metais da fonte hídrica e dar uma proposta alternativa ao estudo de uma solução para população focando nos íons metálicos Pb2+, Fe3+, Al3+ e Mn2+. A prospecção tecnológica permitiu identificar o impacto e a relevância científica e tecnológica do uso e desenvolvimento de nanomateriais carbonáceos na área de remediação ambiental, além de identificar o nível de maturidade TRL 3 de acordo com a escala proposta pela Technische Universitat Berlin para a indústria química. No presente estudo foram utilizados 6 nanomateriais de carbono, destacando-se os nanotubos de carbono e o óxido de grafeno com alto grau de funcionalização. Os materiais foram caracterizados físico-químicamente por medições de tamanho da partícula e potencial Zeta, área superficial, termogravimetria, espectroscopia de absorção no infravermelho – FTIR, espectroscopia Raman, microscopias de transmissão e varredura TEM e MEV e fluorescência de raios X por reflexão total – TXRF. Análises preliminares de adsorção de metais em batch permitiram selecionar os nanotubos de carbono de camada múltipla com tratamento de oxidação durante 50 minutos (MWCNT-O50), devido a ter apresentado o melhor desempenho entre todos os nanomateriais carbonosos estudados, sendo do 56% de adsorção de Fe3+ e o 65% de adsorção de Pb2+ conforme as leituras feitas por absorção atômica. A prova de conceito dos MWCNT-O50 foi realizada usando a água do rio Doce enriquecida com os metais de interesse e encontrou-se uma adsorção de 89% de íons Pb2+, 66% de íons Fe3+, 36% de íons Mn2+ da matriz aquosa. A análise dos íons metálicos misturados na matriz proposta mostrou diminuição na adsorção dos metais sendo 72% no caso do íon Pb2+, 53% do íon Fe3+ e 12% do íon Mn2+. Os resultados anteriores indicam o potencial uso de MWCNT-O50 para a remoção de íons Pb2+ e íons Fe3+ das matrizes, se apresentando como alternativas de materiais versáteis e com futuro promissor na área do tratamento de água.
Abstract: One of the most pressing global concerns is the availability of clean water. Large-scale human, industrial and agricultural activities, as well as disasters such as the rupture of dams in Brumadinho and Mariana, have contaminated water with metals. One of the alternatives for the process of adsorption of metals is the use of carbonaceous nanomaterials. In this work, it was proposed the use of carbon nanotubes and graphene oxide to remove metals from the water source and give an alternative proposal to the study of a population solution focusing on the metallic ions Pb2+, Fe3+, Al3+ and Mn2+. Technological prospecting made it possible to identify the impact and scientific and technological relevance of the use and development of carbonaceous nanomaterials in the area of environmental remediation, in addition to identifying the TRL 3 maturity level according to the scale proposed by the Technische Universitat Berlin for the chemical industry. In the present study, 6 carbon nanomaterials were used, highlighting carbon nanotubes and graphene oxide with a high degree of functionalization. The materials were physicochemically characterized by measurements of particle size and Zeta potential, surface area, thermogravimetry, infrared absorption spectroscopy - FTIR, Raman spectroscopy, transmission and scanning microscopy TEM and SEM and X-ray fluorescence by total reflection - TXRF. Preliminary analysis of adsorption of metals in batch allowed the selection of multi-layer carbon nanotubes with oxidation treatment for 50 minutes (MWCNT-O50), due to having presented the best performance among all carbon nanomaterials studied, with 56% of adsorption of Fe3+ and the 65% of adsorption of Pb2+ according to the readings made by atomic absorption. During the proof of concept of MWCNT-O50 was performed using Rio Doce water enriched with the metals of interest and found adsorption of 89% of Pb2+ ions, 66% of Fe3+ ions, 36% of Mn2+ ions from the aqueous matrix The analysis of the metallic ions mixed in the proposed matrix showed a decrease in the adsorption of metals, being 72% in the case of the Pb2+ ion, 53% of the Fe3+ ion and 12% of the Mn2+ ion. The previous results indicate the potential use of MWCNT-O50 for the removal of Pb2+ ions and Fe3+ ions from the matrices, presenting themselves as versatile materials alternatives with a promising future in the area of water treatment.
Subject: Inovações tecnológicas
Nanotubos de carbono
Óxidos
Metais pesados
Águas residuais
Purificação
Oxidação
Água
Adsorção
Íons metálicos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Inovação Tecnológica e Biofarmacêutica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/44778
Issue Date: 4-Mar-2022
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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