Nanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos das águas contaminadas

dc.creatorDaniel Andrés Grajales Ruiz
dc.date.accessioned2022-08-31T19:11:55Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:05:00Z
dc.date.available2022-08-31T19:11:55Z
dc.date.issued2022-03-04
dc.description.abstractOne 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.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/44778
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectInovações tecnológicas
dc.subjectNanotubos de carbono
dc.subjectÓxidos
dc.subjectMetais pesados
dc.subjectÁguas residuais
dc.subjectPurificação
dc.subjectOxidação
dc.subjectÁgua
dc.subjectAdsorção
dc.subjectÍons metálicos
dc.subject.otherNanotubos de carbono
dc.subject.otherÓxido de grafeno
dc.subject.otherMetais pesados
dc.subject.otherRemoção de metais
dc.subject.otherCaracterização físico-quimica
dc.subject.otherAnálise tecnológica
dc.subject.otherCarbon nanotubes
dc.subject.otherGraphene oxide
dc.subject.otherHeavy metals
dc.subject.otherAdsorption of metals
dc.subject.otherPhysicochemical characterization
dc.subject.otherTechnological analysis
dc.titleNanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos das águas contaminadas
dc.title.alternativeCarbon nanotubes and graphene oxide for removing dissolved metals from contaminated water
dc.title.alternativeNanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos nas águas contaminadas
dc.title.alternativeNanotubos de carbono e óxido de grafeno para a remoção de metais dissolvidos de águas contaminadas
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Rubén Dario Sinisterra Millán
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0569614713880200
local.contributor.referee1Marcelo Gomes Speziali
local.contributor.referee1Glaura Goulart Silva
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9665253599742743
local.description.resumoUma 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.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-6233-3036
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Inovação Tecnológica e Biofarmacêutica

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