Eletrooxidação de resíduos reais como estratégia simultânea para produção de compostos de alto valor agregado: ácidos carboxílicos e hidrogênio verde
dc.contributor.advisor | Santos, Elisama Vieira dos | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-2189-5694 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/8117747568545202 | pt_BR |
dc.contributor.author | Oliveira, Herbet Lima | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/0055711682898266 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Huitle, Carlos Alberto Martinez | |
dc.contributor.referees2 | Santos, José Eudes Lima | |
dc.contributor.referees3 | Cardozo, Jussara Câmara | |
dc.contributor.referees4 | Soriano, Salvador Cotillas | |
dc.date.accessioned | 2024-12-04T19:22:49Z | |
dc.date.available | 2024-12-04T19:22:49Z | |
dc.date.issued | 2024-02-26 | |
dc.description.abstract | With the increase in population, we see emerging new challenges in various sectors of society. This scenario of change has given rise to the 2030 Agenda, which addresses the goals of sustainable development. Issues such as the increase in domestic effluents, growing food demands, and the consequent rise in industrial waste, including various biomasses, as well as the use of fossil fuels, stand out as significant environmental challenges that require more sustainable solutions for the future. In this context, the electro-refinery emerges as an attractive proposal to tackle these problems. By employing clean energy, it enables the conversion of materials considered waste into value-added products. Thus, this work aims to transform real domestic effluent, in this case, the wash water from a washing machine, and an industrial residue, the liquid from cashew nut-shell, into value-added products, such as carboxylic acids, while simultaneously cogenerating green hydrogen. Cells divided by polymeric electrolyte membranes, both Proton Exchange Membrane (PEM) and Anion Exchange Membrane (AEM), were used, with BDD/Nb electrodes as anode and Ni-Fe stainless steel mesh as cathode. In the treatment of washing machine effluent, two different electrolytes (0.1 mol L-1 H2SO4 and 0.1 mol L-1 Na2SO4) were tested, also varying the current densities (7.5, 15, 30, and 60 mA cm-2). The results reveal the production of high-value-added products, especially carboxylic acids, with emphasis on the selectivity to acetic acid, reaching 45.7 mg L-1. Furthermore, the generation of green H2 was observed, with approximate volumes of 0.8 L after 150 minutes. When using the liquid from cashew nut-shell, different conditions were explored, such as current density (40, 70, and 100 mA cm-2), electrolyte concentration and nature (0.125, 1.0, and 2.0 mol L-1 NaOH and 0.05 mol L-1 Na2SO4), and substrate concentration (0.01, 0.05, and 0.1% v/v). It was found that all variables influence the production of carboxylic acids and the energy efficiency of green H2, with substrate concentration being the most significant variable in acid production and current density in green H2 production. As substrate concentration increases, it was possible to achieve acetic acid production rates of 565.4 mg L-1, and at higher current densities, green H2 volumes of 1.8 L were observed after 240 min. Thus, the viability of electrorefinery-based technology is evidenced by the selective electrochemical transformation of organic pollutants from waste into value-added products, such as green H2 and carboxylic acids. This advancement represents a promising step towards a circular economy, contributing to environmental sustainability | pt_BR |
dc.description.resumo | Com o aumento da população, vemos emergir novos desafios em diversos setores da sociedade. Esse cenário de mudanças deu origem à Agenda 2030, que aborda os objetivos do desenvolvimento sustentável. Questões como o aumento dos efluentes domésticos, as crescentes demandas alimentícias e o consequente aumento de resíduos industriais, incluindo várias biomassas, bem como o uso de combustíveis fósseis, destacam-se como desafios ambientais importantes que exigem soluções mais sustentáveis para o futuro. Nesse contexto, a eletrorrefinaria surge como uma proposta atrativa para enfrentar esses problemas. Ao empregar energia limpa, ela possibilita a conversão de materiais considerados resíduos em produtos de valor agregado. Com isso, este trabalho tem como objetivo transformar um efluente doméstico real, no caso, a água de lavagem de uma máquina de lavar roupa, e um resíduo industrial, o líquido da casca da castanha de caju, em produtos de valor agregado, como ácidos carboxílicos, enquanto simultaneamente cogera hidrogênio verde. Neste trabalho, foram empregadas células divididas por membranas eletrolíticas poliméricas, tipos PEM (proton exchange membrane) e AEM (anion exchange membrane), com eletrodos de diamante dopado com boro como ânodo e malha de aço inoxidável Ni-Fe como cátodo. No tratamento do efluente da máquina de lavar, foi testado dois eletrólitos (H2SO4 0,1 mol L-1 e Na2SO4 0,1 mol L-1), variando também as densidades de corrente (7,5, 15, 30, e 60 mA cm-2). Os resultados revelam a produção de produtos com alto valor agregado, especialmente ácidos carboxílicos, com destaque para a seletividade ao ácido acético, atingindo 45,7 mg L-1 . Além disso, observou-se a geração de H2 verde, com volumes aproximados de 0,8 L com 150 minutos. Ao usar o líquido proveniente da casca de castanha de caju, foi explorado diferentes condições, como densidade de corrente (40, 70 e 100 mA cm-2), concentração e natureza do eletrólito (NaOH 0,125, 1,0 e 2,0 moL L-1 e Na2SO4 0,05 moL L-1), e concentração do substrato (0,01, 0,05 e 0,1% v/v). Constatou-se que todas as variáveis influenciam na produção de ácidos carboxílicos e na eficiência energética do H2 verde, sendo a concentração do substrato a variável mais significativa na produção de ácidos e a densidade de corrente na de H2 verde. À medida que a concentração do substrato aumenta, foi possível atingir taxas de produção de ácido acético de 565,4 mg L-1, e em densidades de corrente mais elevadas, observou-se volumes de H2 verde de 1,8 L com 240 min. Dessa forma, a viabilidade da tecnologia baseada em eletrorrefinaria fica evidenciada pela transformação eletroquímica seletiva de poluentes orgânicos provenientes de resíduos em produtos de valor agregado, como H2 verde e ácidos carboxílicos. Esse avanço representa um passo promissor em direção à economia circular, contribuindo para a sustentabilidade ambiental. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | OLIVEIRA, Herbet Lima. Eletrooxidação de resíduos reais como estratégia simultânea para produção de compostos de alto valor agregado: ácidos carboxílicos e hidrogênio verde. Orientadora: Dr. Elisama Vieira dos Santos. 2024. 120f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60738 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | 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 | Eletro-refinaria | pt_BR |
dc.subject | Efluente de lavagem de máquina de lavar | pt_BR |
dc.subject | Líquido da casca da castanha de caju | pt_BR |
dc.subject | Produtos de alto valor agregado | pt_BR |
dc.subject | Hidrogênio verde | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | pt_BR |
dc.title | Eletrooxidação de resíduos reais como estratégia simultânea para produção de compostos de alto valor agregado: ácidos carboxílicos e hidrogênio verde | pt_BR |
dc.title.alternative | Electrooxidation of real waste as a simultaneous strategy for the production of high-value compounds: carboxylic acids and green hydrogen | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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