Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Buitrago Sanchez, Sergio Nicolas
Orientador(a): Moreira, Regina de Fátima Peralta Muniz
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/261216
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2023.
id UFSC_819cd9e261ec5743a7adee8d15617ed7
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/261216
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str
spelling Universidade Federal de Santa CatarinaBuitrago Sanchez, Sergio NicolasMoreira, Regina de Fátima Peralta MunizVirmond, Elaine2024-11-28T18:25:48Z2024-11-28T18:25:48Z2023388982https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/261216Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2023.A queima de combustíveis fósseis, incluindo o carvão, contribui significativamente para as mudanças climáticas, pois leva à emissão de CO2 na atmosfera. Isso é particularmente importante para a sustentabilidade e conservação ambiental, pois o carvão é um recurso natural prontamente disponível e uma fonte de energia econômica no Estado de Santa Catarina (Brasil). Além disso, também se está testemunhando um aumento alarmante no uso de antibióticos em humanos e animais, o que representa outro desafio significativo. Os antibióticos não podem ser totalmente metabolizados no sistema digestivo, o que leva à sua liberação em águas naturais por meio de fezes e urina de humanos e animais. Portanto, é fundamental abordar essas questões ambientais. Este estudo teve como objetivo explorar a síntese de óxido de grafeno (GO) a partir de carvão mineral e coque, bem como um composto de óxido de grafeno-geopolímero para a produção de adsorventes usados na remoção de Ciprofloxacino (CIP) de soluções aquosas. O carvão e o coque foram submetidos a tratamento térmico, esfoliação com ultrassom e oxidação com ozônio na superfície sólida. Os materiais sintetizados foram caracterizados por Análise Termogravimétrica (TGA), Potencial Zeta (ZP), Distribuição de Tamanho de Partícula (PSD), Difração de Raios X (XRD), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura com Pistola de Emissão de Campo (FEG, EDS), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e Espectroscopia RAMAN. Além disso, foram realizados testes de adsorção com os materiais sintetizados. Os resultados confirmaram a desmineralização do carvão e do coque e a introdução de grupos funcionais de oxigênio na superfície sólida. Foi observado GO com várias camadas. O polímero composto criado pelo uso de resíduos de fosfato e GO (22% em massa) apresentou a maior capacidade de adsorção. O estudo cinético indicou que o tempo de equilíbrio para concentrações de CIP entre 0,05 mmol L-1 e 0,2 mmol L-1 pode variar entre 100 min e 120 min. O modelo de pseudo-primeira ordem foi o que melhor se ajustou à concentração de 0,05 mmol L-1, enquanto o modelo de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou às concentrações de 0,1 mmol L-1 e 0,2 mmol L-1. A modelagem molecular indicou que a molécula de CIP é estável. Além disso, as interações entre o polímero e esse composto são dependentes do pH para o adsorvente. Essa nova metodologia provou ser uma rota de síntese rápida, econômica e ecologicamente correta, agregando valor ao carvão mineral brasileiro. Por fim, o composto de OG e geopolímero é aplicável a processos de adsorção de antibióticos em meio aquoso.Abstract: We are currently facing a concerning environmental crisis. The burning of fossil fuels, including coal, is a significant contributor to the issue as it leads to the emission of CO2 into the atmosphere. This is particularly problematic as coal is a readily available natural resource and a cost-effective energy source. In addition, we are also witnessing an alarming rise in the use of antibiotics in both humans and animals, which poses another significant challenge. Antibiotics cannot be fully metabolized in the digestive system, leading to their release into natural waters through human and animal feces and urine. Therefore, it is crucial to address these environmental issues. The aim of this study was to explore the synthesis of graphene oxide (GO) from coal and coke as well as a graphene oxide-geopolymer composite for producing adsorbents used in removing Ciprofloxacin (CIP) from aqueous solutions. The coal and coke were submitted to heat treatment, exfoliation using ultrasound, and oxidation with ozone on the solid surface. The synthesized materials were characterized by Thermogravimetric Analysis (TGA), Zeta Potential (ZP), Particle Size Distribution (PSD), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Field Emission Gun Scanning Electron Microscopy (FEG, EDS), Transmission Electron Microscopy (TEM) and RAMAN spectroscopy. In addition, adsorption tests with the synthesized materials were performed. Results confirmed the demineralization of coal and coke and the introduction of oxygen functional groups on the solid surface. Also, multi-layered GO was observed. The composite polymer created by using phosphate residues and graphene oxide (22 wt%) displayed the greatest adsorption capacity. The kinetic study indicated that the equilibrium time for concentrations of CIP between 0.05 and 0.2 mmol L-1 can vary between 100 min and 120 min. Furthermore, the pseudo-first order model best fitted the concentration of 0.05 mmol L-1, while the pseudo-second order model best fitted the concentrations of 0.1 mmol L-1 and 0.2 mmol L-1. Molecular modeling indicates that Cip is a stable molecule. Additionally, the interactions between the polymer and CIP compound are pH-dependent for the adsorbate. This novel methodology proved to be a rapid, cost-effective, and eco-friendly synthesis route, adding value to Brazilian mineral coal. Moreover, it demonstrated that the GO-geopolymer composite is applicable to antibiotic adsorption processes in aqueous media.132 p.| il., gráfs.engEngenharia químicaPolímeros inorgânicosAdsorçãoAntibióticosGrafenoCarvão mineralPreparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coalsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPENQ1003-D.pdfPENQ1003-D.pdfapplication/pdf9615420https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/261216/-1/PENQ1003-D.pdf7aebab36f252fedc7d301cddc29664e3MD5-1123456789/2612162024-11-28 15:25:48.177oai:repositorio.ufsc.br:123456789/261216Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732024-11-28T18:25:48Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
title Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
spellingShingle Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
Buitrago Sanchez, Sergio Nicolas
Engenharia química
Polímeros inorgânicos
Adsorção
Antibióticos
Grafeno
Carvão mineral
title_short Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
title_full Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
title_fullStr Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
title_full_unstemmed Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
title_sort Preparation, characterization and application of graphene oxide-based materials from Brazilian mineral coals
author Buitrago Sanchez, Sergio Nicolas
author_facet Buitrago Sanchez, Sergio Nicolas
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Buitrago Sanchez, Sergio Nicolas
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Moreira, Regina de Fátima Peralta Muniz
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Virmond, Elaine
contributor_str_mv Moreira, Regina de Fátima Peralta Muniz
Virmond, Elaine
dc.subject.classification.none.fl_str_mv Engenharia química
Polímeros inorgânicos
Adsorção
Antibióticos
Grafeno
Carvão mineral
topic Engenharia química
Polímeros inorgânicos
Adsorção
Antibióticos
Grafeno
Carvão mineral
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2023.
publishDate 2023
dc.date.issued.fl_str_mv 2023
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-11-28T18:25:48Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-11-28T18:25:48Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/261216
dc.identifier.other.none.fl_str_mv 388982
identifier_str_mv 388982
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/261216
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 132 p.| il., gráfs.
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/261216/-1/PENQ1003-D.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 7aebab36f252fedc7d301cddc29664e3
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv sandra.sobrera@ufsc.br
_version_ 1851759090502467584

Registros relacionados