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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38252Registro completo de metadados
| Campo DC | Valor | Idioma |
|---|---|---|
| dc.creator | Costa, Luiz Felipe Bellé da | - |
| dc.date.accessioned | 2025-09-10T12:58:43Z | - |
| dc.date.available | 2025-09-10T12:58:43Z | - |
| dc.date.issued | 2025-06-25 | - |
| dc.identifier.citation | COSTA, Luiz Felipe Bellé da. Projeto de um reator CSTR de bancada automatizado com uso de arduino e aplicado na degradação catalítica de corantes têxteis. 2025. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2025. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38252 | - |
| dc.description.abstract | This study aimed to optimize cobalt recovery from spent lithium-ion batteries for the production of a catalyst applied in the degradation of the Reactive Blue 5G dye, as well as to develop a laboratory-scale Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) automated with Arduino. The cathode material, extracted from smartphone batteries, was used in the synthesis of cobalt oxide-based catalysts (Co-Ox), which were characterized by analyses such as X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), and nitrogen physisorption. The optimization of operational conditions for the catalytic degradation of Reactive Blue 5G dye using the Co-Ox catalyst produced from the base methodology was carried out through a 2² Central Composite Rotational Design (CCRD), evaluating the effects of the initial pH of the dye solution and the catalyst dosage on degradation efficiency. Kinetic tests were conducted under optimized conditions using 200 mL of dye solution (C₀ = 100 mg/L). Process efficiency was monitored by UV-Vis spectrophotometry at 614 nm over 3 hours. In a second 2² CCRD, the catalyst synthesis was optimized. Acid leaching for cobalt recovery was evaluated focusing on the optimization of both mass yield and catalytic degradation performance, using H₂SO₄ and H₂O₂ concentrations as independent variables. The resulting catalyst was applied in catalytic degradation tests in batch reactors, with a catalyst dosage of 0.6 g/L and dye solution (C₀ = 100 mg/L) at pH 1.85, with stirring maintained for 3 hours. The results of the study identified catalyst characteristics such as a porous and irregular structure, bands in the 543–643 cm⁻¹ region related to Co–O bonds, and diffraction peaks corresponding to Co₃O₄, suggesting the formation of this compound. Additionally, no significant mass loss was observed above 150°C, indicating the absence of further material decomposition. The specific surface area was determined as 5.06 m²/g, with an average pore size of 339.4 Å, indicating a predominance of mesopores in the catalyst. From appropriate statistical analysis, the optimal point for catalytic degradation was determined as an initial solution pH of 1.85 and a catalyst dosage of 0.6 g/L. For the second experimental design, the global desirability analysis indicated optimal conditions at a concentration of 0.26 mol/L H₂SO₄ and 1.13% v/v H₂O₂, optimizing both catalyst mass yield (70%) and catalytic degradation efficiency of Reactive Blue 5G dye (89%).The pseudo-first-order kinetic model fitted well to the kinetic data collected with the catalysts obtained under both the optimal point and base methodology conditions (R² = 0.9881 and 0.9904, respectively), with kinetic rate constants of 0.29 ± 0.03 min⁻¹ and 0.038 ± 0.004 min⁻¹, respectively. With the catalyst obtained under optimized conditions, the designed CSTR reactor was evaluated, yielding promising results in dye degradation. Thus, this study proposes a sustainable environmental impact minimization approach by valorizing lithium-ion battery waste, contributing to the development of alternative catalysts applicable to industrial effluent treatment. | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
| dc.rights | openAccess | pt_BR |
| dc.subject | Cobalto | pt_BR |
| dc.subject | Catálise | pt_BR |
| dc.subject | Impacto ambiental | pt_BR |
| dc.subject | Águas residuais - Purificação - Remoção de cor | pt_BR |
| dc.subject | Cobalt | pt_BR |
| dc.subject | Catalysis | pt_BR |
| dc.subject | Environmental impact statements | pt_BR |
| dc.subject | Sewage - Purification - Color removal | pt_BR |
| dc.title | Projeto de um reator CSTR de bancada automatizado com uso de arduino e aplicado na degradação catalítica de corantes têxteis | pt_BR |
| dc.title.alternative | Design of an automated bench-scale CSTR reactor using arduino and applied to the catalytic degradation of textile dyes | pt_BR |
| dc.type | bachelorThesis | pt_BR |
| dc.description.resumo | Este trabalho teve como objetivo otimizar a recuperação de cobalto a partir de baterias íon-lítio exauridas para produção de catalisador aplicado na degradação do corante azul reativo 5G, além de desenvolver um reator contínuo de mistura completa (CSTR) em escala laboratorial automatizado por Arduino. O material catódico, extraído de baterias de smartphones, foi empregado na síntese de catalisadores à base de óxido de cobalto (Co-Ox), cuja caracterização foi feita por análises como DRX, FTIR, TGA, MEV e fisissorção de N2. A otimização das condições operacionais de degradação catalítica do corante azul reativo 5G utilizando o catalisador Co-Ox produzido a partir da metodologia base, foi realizada por um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 2², avaliando-se os efeitos do pH inicial da solução de corante e da dosagem de catalisador sobre a eficiência de degradação. Os ensaios cinéticos foram conduzidos nas condições otimizadas utilizando-se 200 mL de solução de corante (C0 = 100 mg/L). A eficiência do processo foi monitorada por espectrofotometria UV-Vis em 614 nm ao longo de 3 horas. No segundo DCCR 22, buscou-se otimizar a síntese do catalisador. A lixiviação ácida para recuperação do cobalto foi avaliada com foco na otimização do rendimento mássico e da degradação catalítica, utilizando-se as concentrações de H₂SO₄ e H₂O₂ como variáveis independentes. O catalisador obtido, foi aplicado em ensaios de degradação catalítica em reator batelada, com dosagem de catalisador de 0,6 g/L e solução de corante (C0 = 100 mg/L) em pH 1,85, sendo a mistura mantida sob agitação por 3 horas. Como resultados obtidos no estudo, identificou-se características do catalisador como estrutura porosa e irregular, bandas na região de 543-643 cm-1 relacionadas a ligações Co-O, picos do perfil cristalográfico correspondentes a Co3O4, sugerindo-se a formação desse composto. Além disso, a partir de 150°C não houve perda de massa acentuada, indicando não haver mais decomposição significativa do material. Foi determinada a área superficial específica de 5,06 m²/g e tamanho de poros de 339,4 Å (predominância de mesoporos no catalisador). A partir da análise estatística apropriada, foi determinado como ponto ótimo para a degradação catalítica o pH inicial da solução de 1,85 e dosagem do catalisador de 0,6 g/L. Para o segundo delineamento experimental, a análise de desejabilidade global indicou como condição ótima a concentração de 0,26 mol/L de H₂SO₄ e 1,13% v/v de H₂O₂, sendo otimizadas nessas condições ambas as variáveis rendimento mássico do catalisador (70%) e degradação catalítica do corante azul reativo 5G (89%). O modelo cinético de pseudoprimeira ordem ajustou-se bem aos dados cinéticos coletados com os catalisadores obtidos nas condições do ponto ótimo e da metodologia base (R2 = 0,9881 e 0,9904), com constante cinética de 0,29 ± 0,03 min-1 e 0,038 ± 0,004 min-1, respectivamente. Com o catalisador obtido nas condições otimizadas, o reator CSTR projetado foi avaliado, obtendo resultados promissores na degradação do corante. O estudo propõe, assim, uma abordagem de minimização de impactos ambientais sustentável, com a valorização de resíduos de baterias íon-lítio, contribuindo para o desenvolvimento de catalisadores alternativos e aplicáveis ao tratamento de efluentes industriais. | pt_BR |
| dc.degree.local | Francisco Beltrão | pt_BR |
| dc.publisher.local | Francisco Beltrao | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Schmitz, Ana Paula de Oliveira | - |
| dc.contributor.advisor-co1 | Radtke, Jonas Joacir | - |
| dc.contributor.referee1 | Schmitz, Ana Paula de Oliveira | - |
| dc.contributor.referee2 | Radtke, Jonas Joacir | - |
| dc.contributor.referee3 | Bertoldo, Guilherme | - |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.program | Engenharia Química | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UTFPR | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | pt_BR |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química | |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
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