Obtenção de pontos de carbono a partir de resíduo de bagaço de cana-de-açúcar via carbonização hidrotérmica para remoção fotocatalítica de alaranjado de metila

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dc.contributor.advisorAmorim, Flávia Regina de
dc.contributor.advisor-coMambrini, Raquel Vieira
dc.contributor.advisor-coMoreira, Renata Pereira Lopes
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/2859884193381045
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/2773378870906771
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5691878994157298
dc.contributor.authorVieira, Brenda Palhares dos Reis
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0127135522081353
dc.contributor.refereeAmorim, Flávia Regina de
dc.contributor.refereeMoreira, Renata Pereira Lopes
dc.contributor.refereeMambrini, Raquel Vieira
dc.contributor.refereeFerreira, Ângela de Mello
dc.contributor.refereeGarcia, Cleverson Fernando
dc.contributor.refereeLorençon, Eudes
dc.date.accessioned2025-05-14T18:43:29Z
dc.date.available2025-05-14T18:43:29Z
dc.date.issued2024-04-04
dc.description.abstractO bagaço de cana-de-açúcar é o principal resíduo da indústria sucroalcooleira (Brasil), com alto volume de produção, baixo custo e fonte de carbono, e que vem sendo queimado como combustível primário nas usinas de produção de etanol e açúcar. A conversão dessa biomassa em produtos de alto valor agregado tornou-se muito promissora, como por exemplo, a síntese de pontos de carbono (CDs, do inglês Carbon Dots). Os CDs são nanopartículas de dimensão 0D, que possuem propriedades distintas, como condutividade, grande área superficial, biocompatibilidade, baixa toxidez, fluorescência e fotoestabilidade. Logo, o presente trabalho realizou a síntese verde de pontos de carbono a partir do bagaço de cana-de-açúcar via carbonização hidrotermal (HTC), que por sua vez foram aplicadas como fotocatalisador na degradação de um poluente, o alaranjado de metila (MO). Este representante da classe dos azo-corantes é um contaminante proveniente da indústria têxtil, couro e papel, que apresenta grande estabilidade e resistência aos tratamentos convencionais. Com o auxílio do planejamento experimental (DOE), avaliou-se as influências das variáveis sobre a resposta e a otimização multivariada da síntese. Inicialmente, realizou-se dois planejamentos fatoriais fracionários (FFD) 23-1 , para a triagem das variáveis, tempo, temperatura e os agentes de ativação ((A) ácido fosfórico e (B) hidróxido de amônio), tendo como resposta a potencialidade dos CDs na fotodegradação do MO. O FFD 23-1 : parte A e B indicaram que a temperatura (120 °C) e o agente de ativação (água) foram relevantes (a = 95%), nesta ordem. A partir disso, empregou-se a metodologia de superfície de resposta (RSM) para a obtenção das condições ótimas de síntese, no qual executou-se a modelagem do sistema por meio de um planejamento composto central (CCD) de dois fatores. Com base nos resultados da RSM produziu-se CDs segundo os parâmetros ótimos, que foram: (A) 2 h a 200 °C e (B) 24 h a 110 °C, em água. No geral, as suspensões contendo CDs resultantes do trabalho apresentaram fluorescência de coloração azul, valores de pH entre 1,76 e 8,93, condutividade elétrica entre (480-5.580) mS cm-1 , uma banda em λ = 280 nm, rendimento quântico em torno de 1,35 % e cargas superficiais negativas, em sua maioria, além de percentuais de fotodegradação do MO na faixa de (14-94) %, em 3 h. Os CDs das sínteses A e B revelaram percentuais de fotodegradação de 91±3% e 91±14% em 3 h e com controle de temperatura, respectivamente. O estudo cinético revelou que os valores da constante cinética da síntese A e B igual a 1 x 10-2 min-1 e 3 x 10-2 min-1 , respectivamente. As suspensões contendo CDs da síntese A e B apresentam padrões de XRD de uma fase amorfa, bandas características no FTIR e viabilidade na reprodução do material. O processo utilizou as premissas da química verde referentes à síntese de produtos menos perigosos e uso de fontes renováveis como matéria-prima. Assim, foi possível realizar a otimização multivariada da síntese de CDs a partir de BCA via HTC para a fotocatálise do MO e potencial para aplicação em outros contaminantes
dc.description.abstractotherSugarcane bagasse is the main residue of the sugar and alcohol industry in Brazil, characterized by high production volume, low cost, and being a carbon source, and it has been burned as the primary fuel in ethanol and sugar production plants. The conversion of this biomass into high-value-added products has become very promising, such as the synthesis of carbon dots (CDs). CDs are 0D dimension nanoparticles that possess distinct properties like conductivity, large surface area, biocompatibility, low toxicity, fluorescence, and photostability. Therefore, this work carried out the green synthesis of carbon dots from sugarcane bagasse via hydrothermal carbonization (HTC), which were then applied as a photocatalyst in the degradation of a pollutant, methyl orange (MO). This representative of the azo dye class, is a contaminant from the textile, leather, and paper industries, known for its great stability and resistance to conventional treatments. With the aid of design of experiments (DOE), the influences of variables on the response and the multivariate optimization of the synthesis were evaluated. Initially, two fractional factorial designs (FFD) 2 3-1 were conducted to screen the variables: time, temperature, and activation agents ((A) phosphoric acid and (B) ammonium hydroxide), with the response being the potential of CDs in MO photodegradation. The FFD 23-1 parts A and B indicated that temperature (120 °C) and the activation agent (water) were significant (α = 95%), in this order. Based on this, response surface methodology (RSM) was employed to obtain the optimal synthesis conditions, modeling the system through a central composite design (CCD) of two factors. Based on the RSM results, CDs were produced according to the optimal parameters, which were: (A) 2 hours at 200 °C and (B) 24 hours at 110 °C, in water. Overall, the suspensions containing CDs from this work exhibited blue fluorescence, pH values ranging from 1,76 to 8,93, electrical conductivity between 480-5.580 mS cm-1 , a band at λ = 280 nm, quantum yield around 1,35%, and predominantly negative surface charges, with MO photodegradation percentages ranging from 14-94% in 3 hours. CDs from syntheses A and B showed photodegradation percentages of 91±3% and 91±14% in 3 hours and with temperature control, respectively. Kinetic studies revealed that the kinetic constant values for syntheses A and B were 1 x 10-2 min-1 and 3 x 10-2 min-1 , respectively. Suspensions containing CDs from syntheses A and B displayed XRD patterns of an amorphous phase, characteristic FTIR bands, and feasibility in material reproduction. The process utilized green chemistry principles related to the synthesis of less hazardous products and the use of renewable sources as raw materials. Thus, it was possible to perform the multivariate optimization of the synthesis of CDs from sugarcane bagasse via HTC for MO photocatalysis and potential application in other contaminants.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1466
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Tecnologia de Produtos e Processos
dc.subjectPontos quânticos de carbono
dc.subjectBagaço de cana
dc.subjectCompostos azo
dc.subjectPlanejamento experimental
dc.subjectFotocatálise
dc.titleObtenção de pontos de carbono a partir de resíduo de bagaço de cana-de-açúcar via carbonização hidrotérmica para remoção fotocatalítica de alaranjado de metila
dc.typeDissertação

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