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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81141| Type: | Dissertação |
| Title: | Fotocatálise e adsorção com tio2 suportado em esferas poraver: análise da metodologia de impregnação e aplicação do modelo fast em simulações de reator de leito fixo para remoção de azul de metileno |
| Title in English: | Photocatalysis and adsorption with TiO2 supported on spheres poraver: analysis of the impregnation and application methodology of the fast model in fixed bed reactor simulations for methylene blue removal |
| Authors: | Silva, Antonio Mateus Pires da |
| Advisor: | Capelo Neto, José |
| Keywords in Brazilian Portuguese : | FAST;Literatura de revisão como assunto;Esferas de vidro expandido;Fotocatálise;UV LED;Dióxido de titânio;Águas residuais - Purificação;Azul de metileno |
| Keywords in English : | FAST;Review literature as topic;Expanded glass spheres;Photocatalysis;UV LED;Titanium dioxide;Sewage - Purification;Methylene Blue |
| Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL |
| Issue Date: | 2025 |
| Citation: | SILVA, Antonio Mateus Pires da. Fotocatálise e adsorção com tio2 suportado em esferas poraver: análise da metodologia de impregnação e aplicação do modelo fast em simulações de reator de leito fixo para remoção de azul de metileno. 2025. 98 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Saneamento ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | O aumento da demanda por tecnologias sustentáveis e eficientes para o tratamento de águas residuais tem ressaltado a fotocatálise heterogênea como uma solução promissora, sendo o dióxido de titânio (TiO2) um dos principais fotocatalisadores. A fotocatálise heterogênea baseada no TiO2 tem emergido como uma abordagem promissora para a remoção de poluentes orgânicos em águas residuais, com o azul de metileno (AM) frequentemente utilizado como contaminante modelo. Modificações estruturais no TiO2, incluindo dopagens e combinações com óxidos avançados, têm mostrado melhorias significativas na eficiência fotocatalítica, alcançando taxas de degradação superiores a 99%. A incorporação do TiO2 em suportes como argilas, zeólitas, resíduos naturais e esferas de vidro expandido (EGS – Expanded Glass Spheres) tem demonstrado potencial para aprimorar sua estabilidade estrutural, dispersão e reusabilidade. Revisões sistemáticas indicam que a integração do TiO2 com diferentes suportes melhora a estabilidade estrutural do fotocatalisador e sua reusabilidade em sistemas fotocatalíticos, além de ressaltar a influência de fatores experimentais como a concentração inicial do corante e a dosagem do catalisador. O uso de fontes de luz sustentáveis, como a luz solar, também tem sido apontado como uma alternativa promissora para a eficiência do processo. Estudos experimentais avaliaram a impregnação do TiO2-P25 em esferas de vidro expandido, investigando o impacto do aumento dos ciclos de impregnação. Observou-se que a remoção de AM (20 ppm) com iluminação LED-UV melhorou em 5% por ciclo, atingindo uma eficiência 50% maior no 10o ciclo em relação ao primeiro. No entanto, a deposição excessiva de TiO2 resultou na formação de aglomerados e no aumento do desprendimento do fotocatalisador, levando a uma queda de eficiência de 31% no 10o ciclo após a saturação do material. Além disso, os testes com o material EGS@8xTiO2 demonstraram ótima eficiência, atingindo um desempenho 60% superior ao da esfera limpa e alcançando 70% de remoção total de azul de metileno em 90 minutos. As simulações realizadas com a ferramenta FAST foram validadas, exibindo excelente concordância com os dados laboratoriais. A otimização de parâmetros operacionais, como vazão, massa de adsorvente e concentração inicial do corante, revelou-se fundamental para maximizar o desempenho do sistema, destacando seu potencial para aplicações industriais. |
| Abstract: | The growing demand for sustainable and efficient technologies for wastewater treatment has highlighted heterogeneous photocatalysis as a promising solution, with titanium dioxide (TiO2) playing a key role as a photocatalyst. Heterogeneous photocatalysis based on TiO2 has emerged as a promising approach for the removal of organic pollutants in wastewater, with methylene blue (MB) often used as a model contaminant. Structural modifications in TiO2, including doping and combinations with advanced oxides, have shown significant improvements in photocatalytic efficiency, achieving degradation rates above 99%. The incorporation of TiO2 into supports such as clays, zeolites, natural residues, and expanded glass spheres (EGS) has demonstrated potential in enhancing its structural stability, dispersion, and reusability. Systematic reviews indicate that the integration of TiO2 with different supports improves the structural stability of the photocatalyst and its reusability in photocatalytic systems, while also highlighting the influence of experimental factors such as the initial dye concentration and catalyst dosage. The use of sustainable light sources, such as sunlight, has also been identified as a promising alternative for process efficiency. Experimental studies evaluated the impregnation of TiO2-P25 onto expanded glass spheres, investigating the impact of increasing the impregnation cycles. It was observed that the removal of methylene blue (20 ppm) under LED-UV illumination (365 nm) improved by 5% per cycle, reaching a 50% higher efficiency in the 10th cycle compared to the first. However, excessive TiO2 deposition led to the formation of agglomerates and increased photocatalyst detachment, resulting in a 31% efficiency drop in the 10th cycle after material saturation. Furthermore, tests with the EGS@8xTiO2 material demonstrated great efficiency, achieving a performance 60% higher than the clean sphere and reaching 70% total methylene blue removal in 90 minutes. Simulations using the FAST tool were validated, showing excellent agreement with laboratory data. The optimization of operational parameters, such as flow rate, adsorbent mass, and initial dye concentration, proved to be crucial for maximizing system performance, highlighting its potential for industrial applications. |
| Description in Brazilian Portuguese: | Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81141 |
| Author's ORCID: | https://orcid.org/0000-0003-4327-8179 |
| Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/7038690370468870 |
| Advisor's ORCID: | https://orcid.org/0000-0002-7669-7153 |
| Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/6037303709386038 |
| Access Rights: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | DEHA - Dissertações defendidas na UFC |
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