"Desenvolvimento e avaliação de matriz, filtrante e desfluoretadora, constituída por óxido de cério suportado em carvão ativado proveniente de casca de coco (Cocos nucifera L.) para áreas de desertificação"
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21438 |
Resumo: | This study aims to present an accessible and sustainable proposal for development and evaluation of a activated carbon/CeO2 filter matrix for water defluoridation, with potential application in Brazilian regions and abroad with high fluorosis (dental and skeletal) incidence. Using a soft chemistry process, microwave assisted hydrothermal rout, cerium (VI) oxide nanostructures (ceria, CeO2) and its composites (activated carbon/CeO2 with 0%, 1%, 10% and 20% of CeO2) were prepared, using coconut (Cocos nucifera L.), from using coconut residue (Cocos nucifera L.), from the agribusiness in the interior of Paraiba. All synthesis, were proceeded at 120 °C, with different time intervals (1, 5, 15, 30 and 60 minutes, for the CeO2 obtention; and 30 minutes for composites – activated carbon/ CeO2). The structural, thermodynamic, morphological and adsorptive (fluorine) properties, were analyzed by X-ray diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Infrared spectroscopy (IR), Thermogravimetric analysis (TGA), BET adsorption method, high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), high resolution scanning electron microscope (HR-SEM), respectively. The phase of the cerium oxide was determined by XRD analysis with planes ((1 1 1), (2 0 0), (0 2 2), (3 1 1), (2 2 2) and (4 0 0), in accordance with the cards JCPDS 34-0394), and the presence of the composite deposition was confirmed by EDX analysis. BET results showed for the best sample a surface area of (261 m2. g-1) for ceria particles, synthesized for 5 minutes. Microscopic analyzes (HR-SEM and HR-TEM) confirmed these results, presenting particle clusters of the order of 5nm, which justified its use for the composites production. Analyzes of fluoride concentration (direct and indirect methods), in composites obtaining, on a laboratory scale, were performed in triplicate with mean ± deviation and Tukey test with significant differences (p <0.05) between, and its results showed fluorine ions adsorption only in the composite with higher cerium oxide (IV) concentrations (10 to 20 %). As the statistical analysis of this adsorbing materials showed no significant difference regarding the catalysis of fluorine ions, the composite with 10% concentration of the oxide, for the different water matrices used (7 and 23 ppm), was chosen as the most sustainable and economical proposal to this end. From these results a viable and sustainable proposal, of waste resignification from local agribusiness by using coconut biomass, as raw material for the production of defluoridation matrix, that can be applied to the reduction of fluorine in springs of deserted areas. |
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"Desenvolvimento e avaliação de matriz, filtrante e desfluoretadora, constituída por óxido de cério suportado em carvão ativado proveniente de casca de coco (Cocos nucifera L.) para áreas de desertificação"CérioAdsorçãoIntoxicação por flúorAgroindústriaRecursos hídricosCeriumAdsorptionFluoride intoxicationAgribusinessWater resourcesCNPQ::CIENCIAS BIOLOGICASThis study aims to present an accessible and sustainable proposal for development and evaluation of a activated carbon/CeO2 filter matrix for water defluoridation, with potential application in Brazilian regions and abroad with high fluorosis (dental and skeletal) incidence. Using a soft chemistry process, microwave assisted hydrothermal rout, cerium (VI) oxide nanostructures (ceria, CeO2) and its composites (activated carbon/CeO2 with 0%, 1%, 10% and 20% of CeO2) were prepared, using coconut (Cocos nucifera L.), from using coconut residue (Cocos nucifera L.), from the agribusiness in the interior of Paraiba. All synthesis, were proceeded at 120 °C, with different time intervals (1, 5, 15, 30 and 60 minutes, for the CeO2 obtention; and 30 minutes for composites – activated carbon/ CeO2). The structural, thermodynamic, morphological and adsorptive (fluorine) properties, were analyzed by X-ray diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Infrared spectroscopy (IR), Thermogravimetric analysis (TGA), BET adsorption method, high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), high resolution scanning electron microscope (HR-SEM), respectively. The phase of the cerium oxide was determined by XRD analysis with planes ((1 1 1), (2 0 0), (0 2 2), (3 1 1), (2 2 2) and (4 0 0), in accordance with the cards JCPDS 34-0394), and the presence of the composite deposition was confirmed by EDX analysis. BET results showed for the best sample a surface area of (261 m2. g-1) for ceria particles, synthesized for 5 minutes. Microscopic analyzes (HR-SEM and HR-TEM) confirmed these results, presenting particle clusters of the order of 5nm, which justified its use for the composites production. Analyzes of fluoride concentration (direct and indirect methods), in composites obtaining, on a laboratory scale, were performed in triplicate with mean ± deviation and Tukey test with significant differences (p <0.05) between, and its results showed fluorine ions adsorption only in the composite with higher cerium oxide (IV) concentrations (10 to 20 %). As the statistical analysis of this adsorbing materials showed no significant difference regarding the catalysis of fluorine ions, the composite with 10% concentration of the oxide, for the different water matrices used (7 and 23 ppm), was chosen as the most sustainable and economical proposal to this end. From these results a viable and sustainable proposal, of waste resignification from local agribusiness by using coconut biomass, as raw material for the production of defluoridation matrix, that can be applied to the reduction of fluorine in springs of deserted areas.NenhumaEste estudo teve como objetivo apresentar uma proposta acessível e sustentável de desenvolvimento e avaliação in vitro de matriz filtrante de carvão/CeO2 para desfluoretação de águas, tendo sua potencial aplicação em regiões com altas incidência de fluorose (óssea e dentária), no Brasil e em outras regiões do mundo. Através da utilização de processo suave de síntese (“soft chemistry”), partindo-se de uma rota hidrotérmica de micro-ondas, foram preparadas nanoestruturas de óxido de cério (IV) (céria, CeO2) e os seus respectivos compósitos (sistema carvão/ CeO2, com 0%, 1%, 10% e 20% de CeO2), utilizando-se resíduo de coco (Cocos nucifera L.), obtido da agroindústria do interior da Paraíba. Em todas as sínteses, foram utilizados tratamentos térmicos a 120 °C, em diferentes intervalos de tempo (1, 5, 15, 30 e 60 minutos, para CeO2/ 30 minutos, para compósitos - sistemas carvão/CeO2). As propriedades estruturais, termodinâmicas, morfológicas e adsortivas (flúor) foram avaliadas por análises de difração de raios-X (DRX), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX), espectroscopia de absorbância na região do infravermelho com transformada de fourier (FTIR), termogravimetria (TG-DTA), método de BET, microscopia eletrônica de transmissão (MET-AR), microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-AR), respectivamente. A obtenção das estruturas dos óxidos foi confirmada por análise de DRX ((1 1 1), (2 0 0), (0 2 2), (3 1 1), (2 2 2) e (4 0 0), de acordo com a norma JCPDS 34-0394), e a presença do metal nos compósitos foi comprovada por técnica de EDX. Resultados de BET mostraram a melhor área superficial para partículas de céria sintetizadas em cinco minutos (261 m2/ g). Análises microscópicas (MEV-AR e MET) confirmaram estes resultados, apresentando aglomerados de partículas da ordem de 5nm, justificando a sua escolha para a produção dos compósitos. Análises de concentração de flúor (métodos direto e indireto), nos compósitos produzidos, em escala laboratorial, foram realizadas em triplicata com média ± desvio padrão e teste de Tukey com diferenças significativas (p <0,05) entre as amostras, onde constatou-se adsorção de íons fluoretos apenas nos compósitos com as maiores concentrações do óxido de cério (IV)(10 e 20 %). Como as análises estatísticas destes materiais adsorventes não apresentaram diferenças significativas quanto à catálise destes íons fluoretos, a concentração de 10% do óxido, para as diferentes matrizes de água utilizadas (7 e 23 ppm), representou a proposta mais sustentável e econômica para este fim. Com esses resultados, é apresentada uma alternativa viável e sustentável, de ressignificação do uso de resíduo do setor agroindustrial a partir do aproveitamento de resíduos de biomassas de coco, como matéria precursora para produção de matrizes desfluoretadoras, podendo ser aplicada na redução de flúor em mananciais de regiões desertificadas.Universidade Federal da ParaíbaBrasilBiotecnologiaPrograma de Pós-Graduação em BiotecnologiaUFPBSampaio, Fabio Correiahttp://lattes.cnpq.br/7549914789004407Santos, Carlos Christiano Lima dos2021-11-29T18:31:46Z2021-06-142021-11-29T18:31:46Z2021-04-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21438porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-09T17:03:18Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/21438Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-09T17:03:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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