Tratamento de corante e efluente têxtil utilizando materiais a base de grafeno sintetizados eletroquimicamente

Abstract

A pesquisa empreendida consistiu em produzir um material adsorvente a base de grafeno, eficiente na remoção de corante catiônico e efluente real de indústria têxtil, através de fácil e rápida esfoliação eletroquímica, usando como composto intercalante um sal orgânico biodegradável. Além disso, investigou o tratamento do efluente real por processo de oxidação eletroquímica avançada com produção de adsorvente in situ. Para síntese do material, foi desenvolvido um reator eletrolítico usando barras de grafite como eletrodo, em um sistema de corrente contínua com inversão de polaridade e assistido por banho ultrassônico. Os efeitos do tempo de sonicação e concentração do eletrólito foram avaliados na eficiência adsortiva do sólido produzido. O material foi caracterizado por espectroscopia Raman, difração de raios X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de Ultravioleta e ponto de carga zero. Ensaios adsortivos verificaram a capacidade de adsorção do material a base de grafeno sobre soluções aquosas do corante azul de metileno. Os efeitos de pH inicial das soluções, comportamento cinético, isotérmico e termodinâmico da adsorção foram elucidados. Um estudo de reciclo do adsorvente foi demonstrado, assim como uma projeção de custos de produção em escala laboratorial. Para verificar a aplicabilidade prática do material adsorvente, o mesmo foi usado no tratamento de efluente têxtil industrial onde os parâmetros de qualidade, tais como: demanda química de oxigênio, turbidez e cor foram monitoradas durante o tratamento. O material produzido demonstrou ser um adsorvente competitivo para adsorção de compostos catiônicos. A caraterização indicou a presença de um material misto contendo grafite, grafite expandido e material esfoliado a base de grafeno com evidências de oxidação. Sua aplicação nos estudos adsortivos demostraram que o material adsorve rapidamente o corante, alcançando o equilíbrio em aproximadamente 10 minutos de contato. A remoção do corante foi superior a 97% em pH 11. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem ajustou-se de forma mais adequada aos dados. O valor experimental da capacidade de adsorção máxima foi de 500 mg/g a 30°C. A natureza exotérmica, espontânea e a adsorção física foi verificada. O modelo de multicamadas de Freundlich se ajustou melhor aos dados e confirmaram a favorabilidade do processo adsortivo. O material foi capaz de reciclar 4 vezes sem perda da sua capacidade adsortiva a um custo de produção estimado em US$ 130/kg de adsorvente produzido. Quando usado no tratamento do efluente têxtil, foi capaz remover mais de 90% da cor do mesmo. Além disso, a abordagem de remediação do efluente por oxidação eletroquímica, usando barras de grafite, produziu um adsorvente in situ, através da esfoliação dos eletrodos. Testes de iniciais mostraram que este material apresentou boa capacidade de adsorção sobre o corante azul de metileno. Dessa forma, o presente estudo inova em apresentar uma rota alternativa para produção de adsorventes à base de grafeno, viável, ambientalmente amigável e com potencial para o tratamento de efluente têxtil industrial.