Aplicação e simulação de reator eletroquímico em série na conversão do alaranjado de metila em ácidos orgânicos e hidrogênio

dc.contributor.advisorSantos, Elisama Vieira dos
dc.contributor.advisor-co1Souza, Domingos Fabiano de Santana
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1594-6814pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7400460833577257pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-2189-5694pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8117747568545202pt_BR
dc.contributor.authorSousa, Rainy Alves de
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6209696721607324pt_BR
dc.contributor.referees1Huitle, Carlos Alberto Martinez
dc.contributor.referees2Henrique, João Miller de Melo
dc.contributor.referees3Cardozo, Jussara Câmara
dc.date.accessioned2024-01-04T18:38:26Z
dc.date.available2024-01-04T18:38:26Z
dc.date.issued2023-07-21
dc.description.abstractThe present work aimed to apply an electrochemical technology, in order to, evaluate and analyze the efficiency on the degradation from model organic compound toward to carboxylic acids, as well as the simultaneous production of H2(g) in different electric current densities (15, 30 and 45 mAcm- ²) and for three different configurations on the electrochemical reactor. In first step, a three-compartment flow reactor in series mode was designed and fabricated, combining the electrocatalytic properties of two non-active anodes (PbO2-F and BDD) and a stainless-steel mesh cathode separated by two Nafion 350® membranes. Moreover, a mathematical model was developed to represent the reactor, as well as the reactions involved in the electrochemical process. At first, the synthesis of the PbO2-F anode and its characterization by SEM-FEG and EDS were performed. Soon after, the assessment of the BDD and PbO2-F anodes by Linear Scanning Voltammetry was carried out to analyze their oxygen evolution potentials. The degradation process of the methyl orange dye was monitored by absorption spectroscopy in the UV-vis region, Electroanalysis and FTIR. Meanwhile, the quantification of carboxylic acids production, Ion Chromatography was performed. The adopted process presented excellent results for the degradation of the organic compound, reaching 100% color removal after 60 minutes of electrolysis for all conditions studied. The FTIR data showed that there was degradation of the dye, mainly because we did not observe the peak presence corresponding to the binding of azo group at 1422 cm -1 Under the same conditions for degradation, a simultaneous green H2 production of approximately 0.8 L was achieved by applying a current density of 45 mAcm-2 . The carboxylic acids production was monitored over time for the different conditions tested, and it was observed that there was a selective production of malonic acid, the which opens up the possibility of future studies for the application of electro-refinery concept using these residues. The model showed good adherence to the experimental data, confirming that it can describe and predicting production under different operating conditions.pt_BR
dc.description.resumoO presente trabalho teve como objetivo aplicar uma tecnologia eletroquímica, a fim de avaliar e analisar a eficiência da degradação de um composto orgânico modelo para a conversão em ácidos carboxílicos, como também a produção simultânea de H2(g) em diferentes densidades de corrente elétrica (15, 30 e 45 mAcm- ²) e para três diferentes configurações do reator eletroquímico. Inicialmente foi desenvolvido um reator em fluxo com três compartimentos, em modo serial, combinando as propriedades eletrocatalíticas de dois ânodos não ativos (PbO2-F e BDD) e um cátodo de malha de aço inoxidável separados por duas membranas Nafion® 350. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático para representar o reator, bem como as reações envolvidas no processo eletroquímico. A princípio foi realizada a síntese do ânodo de PbO2-F e sua caraterização por MEV-FEG e EDS. Logo após, sucedeu-se a avaliação dos ânodos BDD e PbO2-F por Voltametria de Varredura Linear para análise de seus potenciais de evolução de oxigênio. O processo de degradação do corante alaranjado de metila foi monitorado por espectroscopia de absorção na região UV-Vis, Eletroanálise e FTIR. Já para a quantificação da produção dos ácidos carboxílicos foi realizada Cromatografia Iônica. O processo adotado apresentou resultados excelentes para degradação do composto orgânico, alcançando remoção de cor de 100% a partir 60 minutos de eletrólise para todas as condições estudadas. Os dados de FTIR comprovaram que houve a degradação do corante principalmente por não observarmos a presença do pico correspondente a ligação do grupo azo em 1422 cm-1 . Nas mesmas condições para a degradação foi alcançada uma produção simultânea de H2 verde de aproximadamente 0,8 L aplicando uma densidade de corrente de 45 mAcm-2 . A produção de ácidos carboxílicos foi monitorada ao longo do tempo para as diferentes condições testadas, e observou-se que ocorreu uma produção seletiva de ácido malônico, o que abre a possibilidade de estudos futuros para aplicação do conceito de eletrorefinaria por meio desses resíduos. O modelo mostrou uma boa aderência aos dados experimentais, confirmando que o mesmo pode descrever e predizer a produção em diferentes condições de operação.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationSOUSA, Rainy Alves de. Aplicação e simulação de reator eletroquímico em série na conversão do alaranjado de metila em ácidos orgânicos e hidrogênio. Orientadora: Dra. Elisama Vieira dos Santos. 2023. 106f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57161
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectDesenvolvimento sustentávelpt_BR
dc.subjectHidrogênio renovávelpt_BR
dc.subjectÁcidos carboxílicospt_BR
dc.subjectEletrorrefinariapt_BR
dc.subjectReator eletroquímicopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleAplicação e simulação de reator eletroquímico em série na conversão do alaranjado de metila em ácidos orgânicos e hidrogêniopt_BR
dc.title.alternativeApplication and simulation of series electrochemical reactor in the conversion of methyl orange into organic acids and hydrogenpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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