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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de eletrodos de carbono suportados em feltro de grafite para deionização capacitiva
Título em inglês: Development of carbon electrodes supported on graphite felt for capacitive deionization
Autor(es): Portela, Juliana Borges Trigueiro
Orientador: Longhinotti, Elisane
Coorientador: Freire, Jessica Miranda Abreu
Palavras-chave em português: Deionização capacitiva;Feltro de grafite;Carvão ativado
Palavras-chave em inglês: Capacitive deionization;Graphite felt;Activated carbon
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Data do documento: 2025
Citação: PORTELA, Juliana Borges Trigueiro. Desenvolvimento de eletrodos de carbono suportados em feltro de grafite para deionização capacitiva. 2025. 94 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A deionização capacitiva (DIC) é uma tecnologia em expansão para a dessalinização de água, destacando-se pela eficiência e sustentabilidade diante dos desafios globais de acesso à água potável. Neste trabalho, foram realizados diferentes tratamentos em feltros de grafite (FG) com o objetivo de aprimorar suas propriedades físico-químicas para utilização como suporte de carvão ativado (CA) na produção de eletrodos para uso em DIC. Caracterizações realizadas nos materiais, como análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia vibracional de absorção na região do infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman, indicaram que, de forma mais expressiva do que a funcionalização química da superfície, os tratamentos provocaram imperfeições na estrutura grafítica dos feltros, e sugeriram que o desempenho em DIC depende principalmente do grau de desordem da estrutura carbônica. Análises de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) evidenciaram aumento da resistência a transferência de carga dos materiais tratados e medidas de voltametria cíclica (VC) mostraram aumentos na capacitância e capacitância específica da dupla camada elétrica nestes materiais. Os ensaios de dessalinização, realizados em modos potenciostático e galvanostático, mostraram que, em geral, os tratamentos tiveram efeitos positivos no desempenho dos materiais, com ganhos em relação a maiores capacidades de adsorção de sais (do inglês salt adsorption capacity, SAC, 17,93 mg g−1), taxa média de adsorção de sais (do inglês average salt adsorption rate, ASAR, 0,75 mg g−1 min−1), recuperação de água (do inglês water recovery, WR, 43,27%), produção de água (𝑃, 591,01 L m−2 h−1), eficiência de carga (Ʌcarga,, 65%), eficiência coulômbica (𝜂𝑐𝑜𝑢𝑙, 52%) e redução da concentração de sal (Δc, 133,6 mg L-1), além de reduções na energia requerida (Ev, 131,84 W h m-3). Materiais tratados apresentaram manutenção de 83,5% de sua capacidade de adsorção de sais após testes de 100 ciclos, demonstrando a estabilidade dos eletrodos utilizados. Os ensaios DIC indicaram que parâmetros operacionais como vazão, corrente aplicada, potencial de célula, e tempo de aplicação de potencial influenciaram a capacidade e cinética de remoção de sal. Esses resultados mostraram que os tratamentos aplicados nos feltros, em geral, melhoraram seu desempenho como material de eletrodo para DIC, representando estratégias promissoras para o aumento de eficiência no processo de dessalinização de água.
Abstract: Capacitive deionization (CDI) is an emerging technology for water desalination, standing out for its efficiency and sustainability in the face of global challenges regarding access to drinking water. In this study, different treatments were applied to graphite felts (GF) with the aim of enhancing their physicochemical properties for use as a support for activated carbon (AC) in the production of electrodes for CDI applications. Characterizations performed on the materials, including thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and Raman spectroscopy, indicated that, more significantly than surface chemical functionalization, the treatments induced defects in the graphitic structure of the felts. These findings suggested that CDI performance is primarily dependent on the degree of disorder in the carbon structure. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyses revealed increased charge transfer resistance in the treated materials, while cyclic voltammetry (CV) measurements showed increases in capacitance and specific capacitance of the electric double layer. Desalination tests, conducted in both potentiostatic and galvanostatic modes, showed that, overall, the treatments had positive effects on the materials’ performance, with improvements observed in salt adsorption capacity (SAC, 17.93 mg g⁻¹), average salt adsorption rate (ASAR, 0.75 mg g⁻¹ min⁻¹), water recovery (WR, 43.27%), water production (P, 591.01 L m⁻² h⁻¹), charge efficiency (Λcharge, 65%), coulombic efficiency (𝜂𝑐𝑜𝑢𝑙, 52%), and salt concentration reduction (Δc, 133.6 mg L⁻¹), along with reductions in energy consumption (Ev, 131.84 Wh m⁻³). Treated materials retained 83.5% of their salt adsorption capacity after 100-cycle testing, demonstrating the stability of the electrodes used. CDI experiments indicated that operational parameters such as flow rate, applied current, cell potential, and potential application time influenced the capacity and kinetics of salt removal. These results demonstrated that the treatments applied to the felts generally improved their performance as electrode materials for CDI, representing promising strategies for increasing the efficiency of water desalination processes.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81590
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0009-5392-9255
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0609672931120574
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-4782-6905
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/8768601943511313
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-3838-6194
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/2833719595641591
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DQAFQ - Dissertações defendidas na UFC

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