Aplicabilidade de resíduos à base de ferro como catalisadores Fenton para degradação de fenol

Contamination of water bodies by organic compounds has been a matter of great concern due to its impacts on the human health and the environment. Phenol is a highly toxic compound commonly found in industrial effluents due to its high use in several segments. Advanced Oxidative Processes (AOP), whic...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Hollanda, Luana Rabelo
Outros Autores: Chiavone Filho, Osvaldo Chiavone
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Fenol
Processos oxidativos avançados
Fenton heterogêneo
Foto-Fenton heterogêneo
Cinzas pesadas
Resíduo de mineração de ametista
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57845
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Hollanda, Luana Rabelo
Aplicabilidade de resíduos à base de ferro como catalisadores Fenton para degradação de fenol
description Contamination of water bodies by organic compounds has been a matter of great concern due to its impacts on the human health and the environment. Phenol is a highly toxic compound commonly found in industrial effluents due to its high use in several segments. Advanced Oxidative Processes (AOP), which encompass a wide range of techniques for generating reactive radicals, have shown satisfactory efficiencies in the degradation of recalcitrant organic compounds. The heterogeneous Fenton reaction is a type of AOP that employs hydrogen peroxide and solid catalysts containing iron for generating reactive species. This study aimed to investigate the potential application of two industrial waste materials as alternative catalysts in the Fenton reaction for the degradation of phenol in water: coal bottom ash from a thermoelectric power plant and amethyst mining residue (AMR). The materials were characterized using different techniques, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and textural analysis. Bottom ash was applied in the Fenton reaction, while AMR was used in the photo-Fenton system. The effects of different operational parameters, including solution pH, catalyst dosage, and H2O2 concentration, were investigated. The characterization results indicated that both materials have mesoporous structures with well-distributed active iron species. Regarding the bottom ash, under optimal conditions, which involve the use of 1,0 g L-1 of catalyst, 6 mM H2O2 and pH = 3, a phenol degradation efficiency of 98.7% was observed after 60 min of reaction, along with 71.6% organic carbon removal after 150 min. The photo- Fenton reaction using AMR exhibited 96.5% degradation under optimal conditions (0.75 g L-1 of catalyst, 7.5 mM H2O2 and pH = 3) after 180 min, removing 42.3% of the organic carbon after 240 min. Through tests with the addition of isopropanol, it was verified that the hydroxyl radical is the main oxidizing agent involved in the cleavage of the phenol molecule for the two studied systems. Regarding the reuse tests, both catalysts showed stability and satisfactory catalytic activity through four consecutive cycles. Therefore, the obtained results demonstrate that the two waste materials display potential activity for application in Fenton reactions for degrading phenol.
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Phenol is a highly toxic compound commonly found in industrial effluents due to its high use in several segments. Advanced Oxidative Processes (AOP), which encompass a wide range of techniques for generating reactive radicals, have shown satisfactory efficiencies in the degradation of recalcitrant organic compounds. The heterogeneous Fenton reaction is a type of AOP that employs hydrogen peroxide and solid catalysts containing iron for generating reactive species. This study aimed to investigate the potential application of two industrial waste materials as alternative catalysts in the Fenton reaction for the degradation of phenol in water: coal bottom ash from a thermoelectric power plant and amethyst mining residue (AMR). The materials were characterized using different techniques, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and textural analysis. Bottom ash was applied in the Fenton reaction, while AMR was used in the photo-Fenton system. The effects of different operational parameters, including solution pH, catalyst dosage, and H2O2 concentration, were investigated. The characterization results indicated that both materials have mesoporous structures with well-distributed active iron species. Regarding the bottom ash, under optimal conditions, which involve the use of 1,0 g L-1 of catalyst, 6 mM H2O2 and pH = 3, a phenol degradation efficiency of 98.7% was observed after 60 min of reaction, along with 71.6% organic carbon removal after 150 min. The photo- Fenton reaction using AMR exhibited 96.5% degradation under optimal conditions (0.75 g L-1 of catalyst, 7.5 mM H2O2 and pH = 3) after 180 min, removing 42.3% of the organic carbon after 240 min. Through tests with the addition of isopropanol, it was verified that the hydroxyl radical is the main oxidizing agent involved in the cleavage of the phenol molecule for the two studied systems. Regarding the reuse tests, both catalysts showed stability and satisfactory catalytic activity through four consecutive cycles. Therefore, the obtained results demonstrate that the two waste materials display potential activity for application in Fenton reactions for degrading phenol. A contaminação de corpos hídricos por compostos orgânicos tem sido motivo de grande preocupação devido aos impactos à saúde humana e ao meio ambiente. O fenol é um composto de alta toxicidade comumente encontrado em efluentes industriais devido à sua elevada utilização em diversos segmentos. Os Processos Oxidativos Avançados (POA), que englobam uma vasta gama de técnicas para geração de radicais reativos, têm apresentado eficiências satisfatórias na degradação de compostos orgânicos recalcitrantes. A reação de Fenton heterogênea é um tipo de POA que emprega peróxido de hidrogênio e catalisadores sólidos contendo ferro para a geração das espécies reativas. Neste estudo, teve-se como objetivo investigar o potencial de aplicação de dois materiais provenientes de resíduos industriais como catalisadores alternativos na reação de Fenton para degradação de fenol em água: cinzas pesadas de carvão provenientes de uma usina termelétrica e resíduo de mineração de ametista (RMA). Os materiais foram caracterizados por meio de diferentes técnicas, como difração de raios-X, fluorescência de raios-X, microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por energia dispersiva, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e análise textural. As cinzas foram aplicadas na reação de Fenton, enquanto o RMA foi utilizado no sistema foto-Fenton. Os efeitos de diferentes parâmetros operacionais, incluindo pH da solução, dosagem de catalisador e concentração de H2O2, foram investigados. Os resultados da caracterização indicaram que ambos os materiais possuem estruturas mesoporosas, com espécies ativas de ferro bem distribuídas. No que diz respeito às cinzas, sob as condições ótimas, que envolvem a utilização de 1 g L-1 de catalisador, 6 mM H2O2 e pH = 3, obteve-se uma eficiência de degradação de fenol de 98,7% após 60 min de reação, bem como 71,6% de remoção de carbono orgânico após 150 min. Já o RMA, utilizado na reação de foto-Fenton, apresentou 96,5% de degradação nas condições ótimas (0,75 g L-1 de catalisador, 7,5 mM H2O2 e pH = 3) após 180 min, removendo 42,3% do carbono orgânico após 240 min. Através de ensaios com a adição de isopropanol, foi possível constatar que o radical hidroxila é o principal agente oxidante envolvido na clivagem da molécula de fenol para os dois sistemas estudados. Com relação aos testes de reuso, ambos os catalisadores apresentaram estabilidade e atividade catalítica satisfatória por quatro ciclos consecutivos. Portanto, os resultados obtidos demonstram que os dois rejeitos utilizados apresentaram potencial atividade para aplicação em reações de Fenton para degradação de fenol. 2024-03-11T21:00:11Z 2024-03-11T21:00:11Z 2023-08-31 doctoralThesis HOLLANDA, LUANA RABELO. Aplicabilidade de resíduos à base de ferro como catalisadores Fenton para degradação de fenol. 2023. 108f. Tese (Doutorado Em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57845 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

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