Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/45266
Type: Tese
Title: Carbonos mesoporosos a partir do método solvent-free: avaliação dos parâmetros sintéticos e o efeito da porosidade na adsorção de contaminantes emergentes
Authors: Rayane Cristian Ferreira Silva
First Advisor: Ana Paula de Carvalho Teixeira
First Referee: Sibele Berenice Castellã Pergher
Second Referee: Sérgio Francisco de Aquino
Third Referee: Renata Diniz
metadata.dc.contributor.referee4: Luciano Andrey Montoro
Abstract: Esse trabalho relata a síntese de carbonos mesoporosos (CMPs) pelo método solvent-free e aplicação desses materiais na adsorção de contaminantes emergentes (CEs). Na primeira parte foi discutida a síntese de CMPs utilizando resorcinol (precursor de carbono) e F127 (surfactante). Pela primeira vez, para o método solvent-free, foi avaliado como um conjunto de parâmetros afetam as propriedades texturais dos carbonos mesoporosos. Os parâmetros avaliados foram: razão precursor de carbono/surfactante (p/s), taxa de aquecimento, tempo de estabilização e temperatura de automontagem. Os resultados indicaram que a razão p/s foi a que mais influenciou as propriedades texturais. Os CMPs p/s 1.0 apresentaram diâmetro médio (4,8 nm) e volumes de mesoporos (0,205-0,262 cm3 g-1) menores. Já os CMPs p/s 0.50 apresentaram diâmetro médio (5,9 nm) e volumes de mesoporos (0,459-0,525 cm3 g-1) maiores. Micrografias de transmissão indicaram a formação de dois tipos de ordenação de poros: buracos de minhoca (poros desordenados) e favos de mel (poros ordenados). Os CMPs produzidos com F127 foram aplicados na remoção do 17α-etinilestradiol (EE2). A adsorção de EE2 foi mais afetada pelo tipo de poro, diâmetro, volume e conteúdo de mesoporosos do que pela ordenação de poros. Assim, os CMPs com maior diâmetro e conteúdo mesoporoso apresentaram remoções próximas a 99% em um estudo preliminar. Um dos materiais p/s 0.50 apresentou a maior capacidade máxima de adsorção (157 mg g-1) relatada para EE2. Além disso, nos estudos de reuso a capacidade de remoção permaneceu ~100% até o quarto ciclo e acima de 85% até o décimo ciclo. Na segunda parte desse trabalho foi explorada a utilização de um novo surfactante, Vorasurf504 (V504), para o método solvent-free. Foram produzidos três materiais (CMPs-V504) em diferentes razões p/s (1.0, 0.50 e 0.33). V504 possibilitou aumentar o diâmetro médio (5,6-29 nm), bem como os volumes de mesoporos (0,922 cm3 g-1) dos materiais. Os CMPs-V504 foram aplicados na remoção de contaminantes emergentes diferentes: paracetamol (PA), atrazina (AT), tenofovir (TF) e ceftriaxona (CF). No estudo preliminar, os CMPs p/s 0.50 e 0.33 apresentaram remoções acima de 90% para todos os CEs. Entretanto, por possuir mesoporosidade limitada o material produzido em p/s 1.0 teve sua capacidade de remoção reduzida à medida que os CEs aumentaram de dimensão. Por meio de estudos cinéticos e de isoterma para os sistemas envolvendo paracetamol e ceftriaxona foi comprovado que, de fato, a porosidade influencia na capacidade de adsorção. Portanto, através desse trabalho foi possível produzir adsorventes eficientes para remoção de contaminantes emergentes, substâncias consideradas ameaças em potencial para o meio ambiente e saúde humana. Por meio da variação de alguns parâmetros sintéticos e pela utilização de um novo surfactante, foram produzidas contribuições importantes para a área de carbonos mesoporosos. Em especial para estudos envolvendo o método solvent-free.
Abstract: This work reports the synthesis of mesoporous carbons (MPCs) by solvent-free method and their application in the adsorption of emerging contaminants (ECs). First part, the synthesis of MPCs using resorcinol (carbon precursor) and F127 (surfactant) was performed. The influence of the carbon precursor/surfactant ratio (p/s), heating rate, stabilization time and self-assembly temperature on the textural properties of mesoporous carbons produced by the solvent-free method was investigated for the first time. The results indicated that the p/s ratio was the one that most influenced textural properties. MPCs with p/s 1.0 showed smaller pore size (4.8 nm) and smaller mesopore volumes (0.205-0.262 cm3 g-1). MPCs with p/s 0.50 showed larger pore diameter (5.9 nm) and larger mesopores volumes (0.459-0.525 cm3 g-1). Transmission electron micrographs indicated the formation of two types of pore ordering: wormholes (disordered pores) and honeycombs (ordered pores). MPCs-F127 were applied in the adsorption 17α-ethinylestradiol (EE2). We proved that EE2 adsorption is influenced by the pore type, pore diameter, pore volume and mesopores content of the MPCs. However, pore ordering of MPCs did not influence the adsorption. MPCs with the largest size and mesoporous content showed 99% removal in preliminary studies. One of the materials with p/s 0.50 had the highest maximum adsorption capacity (157 mg g-1) reported for EE2 at the time of publication. Furthermore, in the reuse studies, the removal capacity remained ~100% until the fourth cycle and above 85% until the tenth cycle. In the second part of this work, the use of a new surfactant, Vorasurf504 (V504), for the solvent-free method was explored. Three materials (MPCs-V504) were produced in different p/s ratios (1.0, 0.50 and 0.33). The V504 surfactant increased the pore size (5.6-29 nm) and the pore volume (0.922 cm3g-1) of the materials. CMPs-V504 were applied in the adsorption of emerging contaminants: paracetamol (PA), atrazine (AT), tenofovir (TF) and ceftriaxone (CF). In the preliminary study, MPCs with p/s 0.50 and 0.33 were able to remove more than 90% of the contaminants present in the system. However, the p/s 1.0 material removal capacity decreased for the larger contaminants. This decrease occurred because the material with p/s 1.0 has limited mesoporosity. Kinetic and isothermal studies for systems involving paracetamol and ceftriaxone proved that porosity influences the adsorption capacity. Therefore, through this work it was possible to produce efficient adsorbents for the removal of emerging contaminants, substances considered potential threats to the environment and human health. Through the variation of some synthetic parameters and the use of a new surfactant, important contributions to the area of mesoporous carbons were reported, especially for studies involving the solvent-free method.
Subject: Compostos de carbono
Poluentes orgânicos aquáticos
Adsorção
Materiais porosos
Raios X
Difração
Raman, Espectroscopia de
Termogravimetria
Microscopia eletrônica
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 Química
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/45266
Issue Date: 16-May-2022
metadata.dc.description.embargo: 16-May-2024
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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