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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82983| Tipo: | TCC |
| Título: | Avaliação da MOF HKUST-1 como adsorvente em pó e em leitos estruturados por impressão 3D |
| Autor(es): | Fernandes, Alexandre Lima |
| Orientador: | Lopes, Luiz Gonzaga de França |
| Coorientador: | Carvalho, José Marcos da Silveira |
| Palavras-chave em português: | Redes metalorgânicas;Adsorção;Manufatura aditiva;Química ambiental |
| Palavras-chave em inglês: | Metal-organic frameworks;Adsorption;Additive Maufacturing;Environmental chemistry |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | FERNANDES, Alexandre Lima. Avaliação da MOF HKUST-1 como adsorvente em pó e em leitos estruturados por impressão 3D. 2025. 44 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) — Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Resumo: | Em virtude da utilização em massa de combustíveis fósseis, o teor de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera terrestre tem aumentado significativamente nos últimos séculos, o que tem contribuído para a intensificação do efeito estufa, principal responsável pelo aumento da temperatura global. Além disso, o CO2 presente na atmosfera contribui para o fenômeno da chuva ácida, e, por essas duas razões, há a necessidade de se desenvolver métodos eficientes para a remoção desse gás do ar atmosférico. A presença de 4-nitrofenol em corpos hídricos pode provocar efeitos deletérios sobre a saúde de seres humanos, e a presença de poluentes orgânicos nitrogenados pode acelerar o fenômeno de eutrofização, que pode provocar desequilíbrio ecológico em ecossistemas aquáticos. Nesse contexto, a utilização de materiais adsorventes é uma possível metodologia de remoção de poluentes tanto na hidrosfera quanto na atmosfera, e, no caso da remoção de CO2, a utilização de materiais que catalisem a reação de hidrogenação desse gás poderia promover a produção de combustíveis. As redes metalorgânicas (MOFs) são materiais promissores nesses campos de aplicação, inclusive a MOF HKUST-1, constituída por cobre e ácido trimésico, mas a aplicação desse material em forma de pó pode não ser viável para o tratamento do ar atmosférico e de corpos hídricos, em virtude da dificuldade de manuseio de um material em forma de pó. Este trabalho teve como objetivo produzir leitos adsorventes de HKUST-1 por manufatura aditiva (impressão 3D), e avaliar a aplicabilidade de HKUST-1 como adsorvente, em forma de pó e na forma de leitos produzidos por impressão 3D. Para isso, a MOF HKUST-1 foi sintetizada a partir de acetato de cobre(II) e ácido trimésico. Foi produzida uma pasta contendo HKUST-1, bentonita e água na proporção em massa 4:1 de HKUST-1 e bentonita. A MOF HKUST-1 em pó foi submetida a ensaios de adsorção de 4-nitrofenol em solução aquosa sem procedimento prévio de ativação e com procedimento prévio de ativação. A MOF HKUST-1 na forma de leito adsorvente foi submetida a ensaios de adsorção e dessorção do corante nitrogenado safranina em solução aquosa. Verificou-se que a massa dos leitos adsorventes de HKUST-1 estruturados por impressão 3D foi, em média, de 607,2 mg. Com o auxílio de espectroscopia vibracional na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), constatou-se a manutenção da estrutura química da MOF HKUST-1 durante o procedimento de impressão 3D, bem como a adsorção de 4-nitrofenol. Observou-se que os leitos de HKUST-1 estruturados por impressão 3D sofrem fragmentação quando imersos em solução aquosa, mas não se fragmentam com facilidade mediante exposição ao ar atmosférico, o que indica que, embora a aplicação do material impresso em solução aquosa não seja viável, os leitos produzidos neste trabalho podem ser posteriormente submetidos a ensaios de adsorção de CO2 e a ensaios de catálise da reação de hidrogenação desse óxido. |
| Abstract: | As a consequence of widespread using of fossil fues, carbon dioxide (CO2) levels in Earth’s Atmosphere has significantly increased over the last centuries, thus contributing to an intensification of Greenhouse Effect, which is the main factor involved in increasing Earth’s average temperature. Furthermore, CO2 in Atmosphere contributes to the phenomenon of Acid Rain, and, for these two reasons, it’s necessary to develop of efficient method of removal of this gas from atmospheric air. The presence of 4-nitrophenol in water boedies may inflict dangerous effects on the health of human beings, and the presence of nitrogenous organic pollutants might accelerate the phenomenon of Eutrophication, which might might promote ecological imbalance in aquatic ecosystems. In this context, the use of adsorbent materials is a possible metodology of pollutants removal from both Hydrosphere and Atmosphere, and, in the case of removing CO2, using materials that catalyse the hydrogenation reaction of this gas could promote the production of fuels. Metal-Organic Frameworks (MOFs) are promising materials in these application fields, including MOF HKUST-1, constituted of cupper and trimesid acid, but application of this material in powder form might not be viable for treatment of atmospheric air and water bodies, due to difficulty of handling a powdered material. The aim of this work was to produce adsorvent HKUST-1 monoliths by additive manufacturing (3D printing) and to evaluate the applicability of HKUST-1 as an adsorvent in form of powder and in form of monoliths obtained by 3D printing. In order to fulfill this goal, MOF HKUST-1 was sintetized from copper(II) acetate and trimesic acid. An ink was obtained from HKUST-1, bentonite and water, following the mass ratio of 4:1 for HKUST-1 and bentonite. Powdered MOF HKUST-1 was subjected to 4-nitrophenol adsorption assays in aquous solution with and without previous activation procedure. A MOF HKUST-1 adsorbent monolith was subjected to safranin adsorption and desorption assays in aquous solution. The masses of 3D printed monoliths of MOF HKUST-1 were found to be, in average, 607,2 mg. Using Fourier transform infrared vibrational spectroscopy (FTIR), the chemical structure of MOF HKUST-1 was found to be maintained during the 3D printing procedure, and evidence was found indicating that 4-nitrophenol was adsorbed. An HKUST-1 monolith obtained through 3D printing was found to undergo fragmentation when immersed in aqueous solution, although it remained stable when exposed to atmospheric air, which indicates that, although application of the printed material in aquous solution is not viable, the monoliths produced in this work could be later subjected to CO2 adsorption assays and to CO2 hydrogenation catalysis assays. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82983 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/9922673835651752 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/6256387668512649 |
| Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/7626414466722344 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | QUÍMICA - BACHARELADO - Monografias |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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