Redução fotocatalítica de Hg(II) a Hg0 em diferentes sistemas reacionais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coelho, Ana Letícia Silva
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
Texto Completo: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6500
Resumo: Orientador: Prof.ª Dr.ª Onélia Aparecida Andreo dos Santos
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spelling Redução fotocatalítica de Hg(II) a Hg0 em diferentes sistemas reacionaisMercúrioCatalisadorEfluentes industriaisPreservação ambientalFotocatálise heterogêneaDióxido de titânioÓxido de ZincoDopagem660.2995EngenhariasEngenharia QuímicaOrientador: Prof.ª Dr.ª Onélia Aparecida Andreo dos SantosCoorientador: Prof. Dr. Luiz Mário de Matos JorgeDissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2016RESUMO: Metais pesados são geralmente não degradáveis e apresentam tempos de meia vida longos, elevando, assim, sua concentração em cadeias alimentares a níveis tóxicos. O mercúrio em uma concentração acima de 0,005 ppm é considerado tóxico, e está incluso na lista de poluentes prioritários da US EPA, com exposição máxima de 200 ppb. O dióxido de titânio (TiO2) e o óxido de zinco (ZnO), são semicondutores bastante aplicados na fotocatálise, uma vez que ambos apresentam elevada fotoatividade, baixo custo, boa estabilidade térmica e química. Contudo, esses semicondutores apresentam como limitação longo band gap (EZnO = 3,37 eV; Eanatase = 3,20 eV ), o que requer comprimento de onda abaixo de 400 nm para excitação dos mesmos. Assim, é essencial promover a atividade destes semicondutores para região de luz visível reduzindo a recombinação do par elétron/lacuna fotogerado. Para tal fim, é possível modificar a superfície do ZnO e do TiO2 por meio da dopagem com metais de transição. O Fe3+ pode ser considerado o dopante mais apropriado para ZnO e TiO2, devido ao raio iônico do Fe3+ (0,64 Å) ser similar ao do Ti4+(0,68 Å) e do Zn2+(0,83 Å). Desta forma, foram preparados pelo método da impregnação com excesso de solvente catalisadores à base de TiO2 e ZnO dopados com diferentes cargas metálicas de ferro (5, 8, 10 e 15% em massa), para uso na redução fotocatalítica do Hg(II) a Hg(0) em reator solar e batelada, em quatro diferentes condições (Ci) reacionais: (C1) solução aquosa de HgCl2 120 ppm; (C2) solução aquosa de HgCl2 120 ppm e ácido fórmico na concentração de 10 mM; (C3) solução aquosa de HgCl2 120 ppm, com oxigênio, disperso no meio reacional; (C4) solução aquosa de HgCl2 120 ppm, ácido fórmico na concentração de 10 mM e oxigênio, disperso no meio reacional. Os catalisadores preparados e os óxidos comerciais (ZnO e TiO2) foram caracterizados por medidas de adsorção-dessorção de N2 (determinação da área superficial específica, isotermas de adsorção, volume específico e raio médio de poros), difração de raios x (DRX), determinação do ponto de carga zero (PCZ), microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDX), termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia fotoacústica e espectroscopia Mossbauer. Os resultados mostraram que o ZnO comercial reduziu totalmente o Hg (II) em todas as condições e sistemas reacionais estudados. Contudo, a adição de ferro no ZnO (ZnO/Fe) diminuiu a eficiência de redução do poluente em reator batelada, não demonstrando capacidade de redução do Hg(II) na presença de luz solar. O TiO2 comercial e aqueles contendo 5, 10 e 15 % de ferro não se mostraram eficientes na redução do Hg em nenhuma condição experimental e sistema reacional estudados. A inserção de 8% , em massa, de ferro na matriz TiO2 levou a bom desempenho nas condições reacionais dois e quatro, em reator batelada, embora pouca tenha sido a eficiência sob luz solarABSTRACT: Heavy metals are usually non-degradable, exhibiting long half-life, raising thus its concentration in food chains to toxic levels.. The mercury in concentration above 0,005 ppm is considered toxic, therefore is included in the list of priority pollutants the US EPA, with maximum exposure of 200 ppb. The titanium dioxide and zinc oxide are semiconductors fairly applied in photocatalysis reactions, because its chemical and thermal stability, high photoactivity, low cost and non-toxicity. However these materials are semiconductors with high energy band gap (EZnO = 3,37 eV; Eanatase = 3,20 eV ), this requires wavelength below 400 nm for excitation thereof. Thus, it is essential to promote the activity of semiconductors for visible light region . In order to reduce recombination of electron/hole pairs, it is possible to modify the surface of ZnO and TiO2 by doping with transition metals. Iron has been considered an appropriate candidate to doping, owing to the radius of Fe3+ (0.64 Å) being similar to that of Ti4+ (0.68 Å) and Zn2+ (0,83 Å). Thus, doped with different iron concentration (5%, 8%, 10% e 15% wt) TiO2 and ZnO photocatalyst were synthesized by the impregnation method. The photocatalytic reduction of Hg2+ to Hg0 was performed in batch stirred tank reactor (BSTR) and solar reactor, under four different conditions reactions (Ci): (C1) aqueous HgCl2 120 ppm; (C2) aqueous HgCl2 120 ppm and formic acid at a concentration of 10 mM; (C3) aqueous HgCl2 120 ppm oxygen, dispersed in the reaction medium; (C4) aqueous HgCl2 120 ppm formic acid at a concentration of 10 mM and oxygen and dispersed in the reaction medium. Characterization of doped and bare materials was performed by TGA / DSC, BET area, pore diameter and pore volume, PZC, EDX, SEM, DRX, FT-IR, spectroscopy photoacoustic and spectroscopy Mossbauer. The photocatalytic reduction of Hg2+ to Hg0 was performed in batch stirred tank reactor (BSTR), in the presence of catalysts, under four different conditions reactions. The results showed that the bare ZnO completely reduce Hg (II) in all investigated conditions and reaction systems. However, the addition of iron in the ZnO (ZnO / Fe) decreased pollutant reduction efficiency in batch reactor, showing no reduction ability of Hg (II) in the presence of sunlight. The data show that addition of iron modify the electronic structure of TiO2 by the incorporation of Fe3+ in matrix of semiconductor, although only 8 wt% showed improving the photo-activity in reduction, with a total Hg2+ removal ratio for Hg0 in BSTR, no reduction ability of Hg (II) was observed in the presence of sunlight. The bare commercial TiO2 and those containing 5, 10 and 15 (wt%) of iron were not efficient in the reduction of Hg at any experimental condition and reaction system studied113 f. : il. color., tabs.Universidade Estadual de MaringáDepartamento de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaMaringá, PRCentro de TecnologiaSantos, Onélia Aparecida Andreo dosJorge, Luiz Mario de MatosLenzi, Giane GonçalvesCalsavara, ValmirCoelho, Ana Letícia Silva2023-12-13T17:42:17Z2023-12-13T17:42:17Z2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCOELHO, Ana Letícia Silva. Redução fotocatalítica de Hg(II) a Hg0 em diferentes sistemas reacionais. 2016. 113 f. Dissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2016, Maringá, PR.http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6500info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2023-12-18T17:36:33Zoai:localhost:1/6500Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestopendoar:2024-04-23T15:00:18.166831Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false
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