Aplicação do óxido de grafeno reduzido derivado de biomassa como adsorvente para diferentes efluentes industriais
dc.contributor.advisor | Nascimento, José Heriberto Oliveira do | |
dc.contributor.advisor-co1 | Souza, Domingos Fabiano de Santana | |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0002-1594-6814 | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7400460833577257 | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-6804-2854 | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7033735079037677 | |
dc.contributor.author | Jesus, Lucas Antonio da Silva de | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4672979639356019 | |
dc.contributor.referees1 | Andrade Neto, Nivaldo Freire de | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4019473456045745 | |
dc.contributor.referees2 | Rios, Rafael Barbosa | pt_BR |
dc.contributor.referees2ID | https://orcid.org/0000-0001-7112-1764 | |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/3983490075703664 | |
dc.date.accessioned | 2025-08-15T00:11:15Z | |
dc.date.available | 2025-08-15T00:11:15Z | |
dc.date.issued | 2025-05-14 | |
dc.description.abstract | Wastewater contamination by organic compounds, such as phenols, textile dyes, and pharmaceuticals, represents a significant environmental challenge. Carbon-based adsorbents, such as reduced graphene oxide (rGO), have gained prominence due to their high surface area and pollutant removal capacity. In this study, a cellulosic biomass-derived rGO (CB-rGO) was sustainably synthesized and applied as an adsorbent in four distinct systems: phenol, methylene blue (MB), synthetic textile dyeing effluent, and the pharmaceutical rifampicin. In this context, the present study synthesized biomass-derived rGO and characterized it by techniques such as HRTEM, XRD, Raman, FTIR, and Zeta potential analysis, in addition to determining the specific surface area from the N2 adsorption isotherms at 77 K, using the BET model. The material demonstrated high efficiency in all tested scenarios: in the first system, using phenol as a contaminant, it achieved 98% removal and a maximum adsorption capacity of 240 mg/g, using only 10 mg of CB-rGO in a solution with an initial concentration of 200 mg/L. In the second system, with methylene blue (AM), 99% dye removal was obtained, using 50 mg of adsorbent in a solution of 80 mg/L. The third system, involving a synthetic dyeing effluent, showed 98% efficiency in pollutant removal, with 0.3 g of CB-rGO at a concentration of 40 mg/L. Finally, in the fourth system, with the drug rifampicin (20 mg/L), 96% removal was recorded using 0.2 g of the material. In addition to its high efficiency, CB-rGO stood out for its reuse in more than five consecutive cycles, maintaining efficiency above 80% in all cases, proving its robustness and economic viability. In all systems evaluated in this study, the Freundlich isotherm presented the best fit to the experimental data, with an average R2 of 0.99, indicating that the adsorption occurred in multilayers and on a heterogeneous surface. The kinetic study of the three systems demonstrated that the pseudo-first-order model was the most appropriate to describe the behavior of Systems 2, 3 and 4, while the pseudo-second-order model best fitted System 1. In the thermodynamic study, all systems presented positive enthalpy values (∆H°), confirming the endothermic nature of the process. The decreasing values of the Gibbs free energy (∆G°) indicate that increasing the temperature favors the removal efficiency. Furthermore, the positive entropy values (∆S°) suggest an increase in randomness at the solid/liquid interface during the adsorption process. The results highlight the potential of this sustainable adsorbent, derived from waste, as a promising alternative for the treatment of water contaminated with various pollutants, combining high performance, low cost and reusability. | |
dc.description.resumo | A contaminação de águas residuais por compostos orgânicos, como fenóis, corantes têxteis e fármacos, representa um desafio ambiental significativo. Adsorventes à base de carbono, como o óxido de grafeno reduzido (rGO), têm se destacado devido à sua alta área superficial e capacidade de remoção de poluentes. Neste estudo, um rGO derivado de biomassa celulósica (CB-rGO) foi sintetizado de forma sustentável e aplicado como adsorvente em quatro sistemas distintos: fenol, azul de metileno (AM), efluente sintético de tingimento têxtil e o fármaco rifampicina. Nesse contexto, o presente estudo sintetizou rGO derivado de biomassa e o caracterizou por meio de técnicas como HRTEM, DRX, Raman, FTIR, e análise de potencial Zeta, além da determinação da área superficial específica a partir das isotermas de adsorção de N2 a 77 K, utilizando o modelo BET. O material demonstrou alta eficiência em todos os cenários testados: no primeiro sistema, utilizando fenol como contaminante, alcançou 98% de remoção e uma capacidade máxima de adsorção de 240 mg/g, empregando apenas 10 mg de CB-rGO em uma solução com concentração inicial de 200 mg/L. No segundo sistema, com azul de metileno (AM), obteve-se 99% de remoção do corante, utilizando 50 mg de adsorvente em uma solução de 80 mg/L. O terceiro sistema, envolvendo um efluente sintético de tingimento, apresentou 98% de eficiência na remoção dos poluentes, com 0,3 g de CB-rGO em uma concentração de 40 mg/L. Por fim, no quarto sistema, com o fármaco rifampicina (20 mg/L), registrou-se 96% de remoção utilizando 0,2 g do material. Além da elevada eficácia, o CB-rGO destacou-se por sua reutilização em mais de cinco ciclos consecutivos, mantendo eficiência acima de 80% em todos os casos, comprovando sua robustez e viabilidade econômica. Em todos os sistemas avaliados neste estudo, a isoterma de Freundlich apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais, com R 2 médio de 0,99, indicando que a adsorção ocorreu em multicamadas e sobre uma superfície heterogênea. O estudo cinético dos três sistemas demonstrou que o modelo de pseudo-primeira ordem foi o mais adequado para descrever o comportamento dos Sistema 2, 3 e 4, enquanto o modelo de pseudo-segunda ordem ajustou-se melhor ao Sistema 1. No estudo termodinâmico, todos os sistemas apresentaram valores positivos de entalpia (∆H°), confirmando a natureza endotérmica do processo. Os valores decrescentes da energia livre de Gibbs (∆G°) indicam que a elevação da temperatura favorece a eficiência da remoção. Além disso, os valores positivos de entropia (∆S°) sugerem um aumento da aleatoriedade na interface sólido/liquido durante o processo de adsorção. Os resultados evidenciam o potencial deste adsorvente sustentável, derivado de resíduos, como uma alternativa promissora para o tratamento de águas contaminadas com diversos poluentes, combinando alta performance, baixo custo e reusabilidade. | |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | |
dc.identifier.citation | JESUS, Lucas Antonio da Silva de. Aplicação do óxido de grafeno reduzido derivado de biomassa como adsorvente para diferentes efluentes industriais. Orientador: Dr. José Heriberto Oliveira do Nascimento. 2025. 152f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025. | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/65157 | |
dc.language.iso | pt_BR | |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | |
dc.publisher.country | BR | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Adsorção | |
dc.subject | Grafeno | |
dc.subject | Fenol | |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | |
dc.title | Aplicação do óxido de grafeno reduzido derivado de biomassa como adsorvente para diferentes efluentes industriais | |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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