Estudo da produção e aplicação de óxidos de grafite e grafeno para remoção de contaminantes em meio aquoso

Abstract

A presença de corantes em efluentes têxteis industriais tem se tornado um grave problema devido aos seus efeitos nocivos ao meio ambiente e à saúde humana. Vários processos vêm sendo estudados para remover corantes de ambientes aquáticos, sendo a adsorção um dos métodos considerados mais promissores para o tratamento de águas e efluentes, pois combina baixo custo e alta eficiência. Neste contexto, o grafeno e seus nano materiais foram estabelecidos como materiais-chave para a remoção de contaminantes em meio aquoso, principalmente devido à sua elevada área superficial teórica, boa estabilidade e baixa densidade. O objetivo deste trabalho consiste em obter, analisar e comparar diferentes amostras de óxido de grafeno (OG), focando na aplicação do OG como adsorvente para a remoção de contaminantes em meio aquoso. A etapa de produção foi feita utilizando planejamento experimental como ferramenta para analisar modificações sistemáticas no método de Hummers modificado. Durante a etapa de produção de OG, foram avaliados os efeitos de diferentes tempos de sonicação e de reação, na qualidade do produto obtido para a aplicação em adsorção, onde a principal resposta analisada foi o percentual de remoção do corante Azul de Metileno (AM). Nesta etapa, as melhores condições observadas para a produção do material foram com 3 horas de reação e sem banho ultrassônico, onde se obteve percentual de remoção do corante acima de 99% para concentração inicial de AM de 100 mg.L⁻¹. Viu-se também que tanto o banho ultrassônico quanto o aumento no tempo de reação apresentaram efeito negativo sob a produção do OG, para esta aplicação específica. Em seguida, foi possível obter indícios da presença do OG nas melhores amostras produzidas pela determinação de Ponto de Carga Zero, varredura na região do UV-visível, análise de Difração de Raios X e espectroscopia Raman. De acordo com os melhores resultados do planejamento, foi feita a avaliação da remoção do corante AM em meio aquoso, através de estudos de pH, equilíbrio de adsorção e cinética. Constatou-se que o melhor pH para adsorção está entre 5-6, as capacidades máximas adsortivas previstas pelo modelo de Langmuir são 365,14 mg.g⁻¹ (amostra OG0123) e 504,77 mg.g⁻¹ (amostra OG0125), tendo os dados melhor se ajustado ao modelo de Temkin. O equilíbrio foi atingido rapidamente em menos de 20 minutos. Por fim, fez-se a avaliação da remoção de cor e turbidez de um efluente têxtil real, utilizando o tratamento por adsorção com as amostras de OG. Neste caso, foram feitos estudo de massa, pH e cinética e as melhores condições foram 30 mL de efluente para 1 mL de OG, 1 hora de adsorção, sem correção de pH. Em seguida foi feito estudo do tempo de decantação do adsorvente após a adsorção. Observou-se que os volumes dos decantados se estabilizavam em cerca de 30 min. Ao final, foi feita a comparação dos parâmetros obtidos para o efluente bruto e o tratado via adsorção com OG. Os percentuais de remoção de cor ficaram acima de 75%, os de turbidez e DQO em torno de 90% e 60%, respectivamente.