Estudo de materiais mesoporosos a base de sílica e carbono para adsorção de corantes: adsorção de Rodamina B em SBA-15 E CMK-3

Water-soluble contaminants have been of great concern to the scientific community due to their unpredictable harmful effects on biomes and human health. Dyes are widely applied in industrial processes and discharged into water bodies without proper treatment. There are several studies of differen...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Moura, Luan do Nascimento de
Outros Autores: Castellã Pergher, Sibele Berenice
Formato: bachelorThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Materiais Mesoporosos
Mesoporous Materials
Adsorção
Corantes
SBA-15
CMK-3
Rodamina B
Adsorption
Dyes
Rhodamine B
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/33337
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Moura, Luan do Nascimento de
Estudo de materiais mesoporosos a base de sílica e carbono para adsorção de corantes: adsorção de Rodamina B em SBA-15 E CMK-3
description Water-soluble contaminants have been of great concern to the scientific community due to their unpredictable harmful effects on biomes and human health. Dyes are widely applied in industrial processes and discharged into water bodies without proper treatment. There are several studies of different techniques applied to the removal of industrial dyes from wastewater. Adsorption has been widely studied due to its low application cost and high performance in effluent treatment. The application of molecular sieves in adsorption enables the study of the dynamics and optimization of such physical-chemical process. Mesoporous materials have great accessibility to bulky molecules such as organic compounds and dyes. However, the chemical composition, specific area, and morphology of porous systems play a fundamental role in the adsorption of these compounds. Rhodamine B is an organic dye widely used in industry and was used in this study as a model molecule. Ordered mesoporous silica (SBA-15) and carbon-based (CMK-3) materials were used for the adsorption of Rhodamine B. The materials were synthesized and characterized by X-ray diffractometry (XRD), textural analysis by N2 adsorption, and infrared spectroscopy. The results show materials with a high specific area (> 600 m2 /g) and hexagonal arrangement of the pore system. Adsorption measurements show the high efficiency of CMK-3 in removing Rhodamine B (>99%), while SBA-15 only removes ~5%. The results indicate that the composition plays an important role in the adsorption process. Carbon materials are more interactive with the dye molecule than silica materials. The morphology and size of the channels have a strong relationship with the accessibility and adsorption of Rhodamine B. The arrangement of the straight pores of the SBA15 (6.5 nm average diameter) makes it difficult for the dye molecules dissolved in the solution to access, blocking the entry of pores by the first adsorbed molecules preventing the continuation of the adsorption process. Such behavior does not occur with CMK-3, since the mesopores of the material are open and guarantee good accessibility.
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Dyes are widely applied in industrial processes and discharged into water bodies without proper treatment. There are several studies of different techniques applied to the removal of industrial dyes from wastewater. Adsorption has been widely studied due to its low application cost and high performance in effluent treatment. The application of molecular sieves in adsorption enables the study of the dynamics and optimization of such physical-chemical process. Mesoporous materials have great accessibility to bulky molecules such as organic compounds and dyes. However, the chemical composition, specific area, and morphology of porous systems play a fundamental role in the adsorption of these compounds. Rhodamine B is an organic dye widely used in industry and was used in this study as a model molecule. Ordered mesoporous silica (SBA-15) and carbon-based (CMK-3) materials were used for the adsorption of Rhodamine B. The materials were synthesized and characterized by X-ray diffractometry (XRD), textural analysis by N2 adsorption, and infrared spectroscopy. The results show materials with a high specific area (> 600 m2 /g) and hexagonal arrangement of the pore system. Adsorption measurements show the high efficiency of CMK-3 in removing Rhodamine B (>99%), while SBA-15 only removes ~5%. The results indicate that the composition plays an important role in the adsorption process. Carbon materials are more interactive with the dye molecule than silica materials. The morphology and size of the channels have a strong relationship with the accessibility and adsorption of Rhodamine B. The arrangement of the straight pores of the SBA15 (6.5 nm average diameter) makes it difficult for the dye molecules dissolved in the solution to access, blocking the entry of pores by the first adsorbed molecules preventing the continuation of the adsorption process. Such behavior does not occur with CMK-3, since the mesopores of the material are open and guarantee good accessibility. Contaminantes solúveis em água tem causado grande preocupação à comunidade científica devido a seus efeitos prejudiciais imprevisíveis aos biomas e a saúde humana. Corantes são aplicados vastamente em processos industriais e descartados nos corpos de água sem o devido tratamento. Existem diversos estudos de diferentes técnicas aplicadas à remoção de corantes industriais de água residual. A adsorção tem sido amplamente estudada devido ao baixo custo de aplicação e alta performance no tratamento de efluentes. A aplicação de peneiras moleculares em adsorção possibilita o estudo da dinâmica e otimização de tal processo físicoquímico. Os materiais mesoporosos têm grande acessibilidade a moléculas volumosas, como compostos orgânicos e corantes. No entanto, a composição química, área específica e a morfologia dos sistemas porosos desempenham um papel fundamental na adsorção desses compostos. A Rodamina B é um corante orgânico amplamente utilizado na indústria e foi aplicada neste estudo como molécula modelo. Materiais mesoporosos ordenados de sílica (SBA-15) e à base de carbono (CMK-3) foram usados para adsorção da Rodamina B. Os materiais foram sintetizados e caracterizados por difratometria de raio-x (DRX), análise textural por adsorção de N2 e espectroscopia de infravermelho. Os resultados mostram materiais com alta área específica (> 600 m2 /g) e disposição hexagonal do sistema de poros. As medições de adsorção mostram a alta eficiência do CMK-3 na remoção de Rodamina B (>99%), enquanto a SBA-15 remove apenas ~5%. Os resultados indicam que a composição desempenha um papel relevante no processo de adsorção. Os materiais de carbono são mais interativos com a molécula do corante do que os materiais de sílica. A morfologia e o tamanho dos canais têm forte relação com a acessibilidade e adsorção da Rodamina B. A disposição dos poros retos da SBA-15 (6,5 nm de diâmetro médio) dificultam o acesso das moléculas de corante dissolvidos na solução, havendo o bloqueio da entrada dos poros pelas primeiras moléculas adsorvidas, impedindo a continuação do processo de adsorção. Tal comportamento não ocorre com o CMK-3, uma vez que os mesoporos do material são abertos e garantem boa acessibilidade. 2021-09-10T12:10:47Z 2021-09-10T12:10:47Z 2021-08-03 bachelorThesis MOURA, Luan do Nascimento de. Estudo de materiais mesoporosos a base de sílica e carbono para adsorção de corantes: adsorção de Rodamina B em SBA-15 E CMK-3. 2021. 40f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais), Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/33337 pt_BR Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN Engenharia de Materiais Departamento de Engenharia de Materiais

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