Síntese e caracterização de heteroestruturas de quitosana/ G-C3n4 para fotodegradação de micropoluentes

• Autor(a) principal: Rodríguez-Pérez, Adriana Patricia
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30810
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA; Catalisadores; Catálise heterogênea; Carbonização; Água - Contaminação; Poluentes; Catalysts; Heterogeneous catalyses; Carbonization; Water - Contamination; Pollutants; Ciências Ambientais

Os processos convencionais de tratamento não removem eficientemente alguns contaminantes, neste contexto, a fotocatálise heterogênea surge como uma alternativa para sua degradação. Recentemente, o nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) atraiu a atenção como um catalisador livre de metal devido às suas características de condutividade eletrônica, absorção de luz visível e baixo custo. Neste trabalho foi proposto, a síntese de fotocatalisadores: g-C3N4 a partir da uréia (U) ou melamina (M), denominados g-C3N4/U e g-C3N4/M via carbonização; e de heteroestruturas esféricas de quitosana com uréia ou melamina, denominados: Q:U e Q:M em diferentes proporções. Os materiais foram caracterizados por: difração de raio X, com picos característicos, em 12,92° (1 0 0) e 27,58° (0 0 2), correspondendo à formação de g-C3N4, além de microcristalinidades associadas à quitosana (20°); espectroscopia de reflectância difusa, determinando valores de band gap em torno de 3,15 eV; espectroscopia de fotoelétrons por raios X, tendo as energias de ligação associadas ao intermediário (melem) de g-C3N4/U confirmado também com os dados da relação C/N na análise CHN, FTIR, mostrando os grupos funcionais das tri-s-triazinas (unidades estruturais do g-C3N4) e finalmente por microscopia eletrônica de varredura onde foram obtidas imagens morfológicas do material antes e após fotodegradações, observando que as esferas com quitosana não apresentavam desgaste. Nos estudos fotocatalíticos foi avaliada a remoção de poluente modelo – corante Rodamina B (RhB) com todos os materiais sintetizados; o fármaco Rifampicina (RIF) e a desetil-atrazina (DEA) com os materiais que apresentaram melhor remoção do poluente modelo; além da avaliação dos parâmetros físico-químicos usando o g-C3N4/U e g-C3N4/M antes (pré-tratamento) e após (póstratamento) de tratamento biológico, usando um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (tipo UASB) em efluente hospitalar. Para cada degradação se usaram diferentes configurações: tipo de radiação (UVA-Vis, Vis) / lâmpada (de alta pressão de vapor de mercúrio, LED, Halógena) suspensa (S) a 10 cm da solução ou mergulhada (M). Resultados preliminares na região UVAM foram obtidos com degradação do corantes de até 99,9 %. Na região Vis LEDS se obteve aumento de 9,3% de g-C3N4/M até 15,2% com a quitosana (3Q:1M), mostrando que problemas de recombinação são melhorados com a mistura do fotocatalisador com a matriz carbonada (quitosana), além de ser separadas facilmente da solução e reutilizadas. Na remoção de desetil-atrazina (DEA) e rifampicina (RIF), em todas as configurações, se obteve maiores eficiências de remoção com as heteroestruturas (3Q:1U e 3Q:1M) em comparação com g-C3N4 puro, obtendo-se degradações em 30-45 minutos em alguns casos. O efluente hospitalar bruto, após o tratamento biológico anaeróbio por reator tipo UASB obteve diminuição considerável da DQO e DBO5 estabelecendo-se assim degradação de quase 87% da matéria orgânica. No processo combinado foram obtidas eficiências de remoção de DQO de 84,7% para o g-C3N4/U e 77% para o g-C3N4. Assim, os materiais baseados em g-C3N4 constituem uma alternativa de utilização nos processos fotocatalíticos.