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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41163| Título: | Desenvolvimento e caracterização de sílica mesoporosa obtida por biomassa para remoção de herbicida de águas residuais |
| Título(s) alternativo(s): | Development and characterization of mesoporous sílica obtained from biomass for herbicide removal from wastewater |
| Autor(es): | Colli, Nicolli Camargo |
| Orientador(es): | Andrade, Jessica de Lara |
| Palavras-chave: | Nanopartículas Adsorção Produtos químicos agrícolas Biomassa vegetal Silício Poluentes Nanoparticles Adsorption Agricultural chemicals Plant biomass Silicon Pollutants |
| Data do documento: | 3-Jul-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Campo Mourao |
| Citação: | COLLI, Nicolli Camargo. Desenvolvimento e caracterização de sílica mesoporosa obtida por biomassa para remoção de herbicida de águas residuais. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Química) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2026. |
| Resumo: | As nanopartículas de sílica mesoporosa (MSNs) se destacam em diversas áreas, incluindo na ambiental atuando como excelentes adsorventes para o tratamento de águas contaminadas, devido às suas propriedades físico-químicas específicas, como elevada área superficial, elevado diâmetro e volume de poro. Assim, o presente estudo sintetizou MSNs do tipo SBA-15, utilizando a casca de arroz como fonte renovável de silício, aplicando-as na adsorção do herbicida diquat em meio aquoso. A síntese do nanomaterial foi realizada por meio do método hidrotérmico, em seguida calcinadas a 400°C, por 4 h. Os resultados de caracterização confirmaram a estrutura mesoporosa das MSNs, com distância interplanar (d₁₀₀) de 8,58 nm, parâmetro de célula unitária (a₀) de 9,90 nm e a espessura de parede de 5,05 nm, e área superficial (SBET) de 499,0 m²/g, sendo estas características favoráveis ao processo de adsorção. Na otimização das condições ideais de adsorção com o poluente modelo azul de metileno (AM), os resultados se mostraram promissores, em que na variação da massa de adsorvente, a quantidade máxima testada de 50 mg obteve a melhor taxa de remoção, com 36,54% em 30 minutos de contato. Para o mapeamento de pH, o pH 9 mostrou a melhor eficiência de remoção com 96,37%, após 7 h, compatível com o valor de pHpcz das MSNs sintetizadas. O estudo da cinética de adsorção revelou que o modelo de pseudo-segunda ordem se mostrou mais adequado (R²=0,85335), com capacidade de adsorção no equilíbrio (Qe) de 55,42 mg/g e constante de velocidade (K₂) de 3,33x10⁻⁴ mg⁻¹ min⁻¹. Quanto aos modelos de adsorção avaliados, o modelo de Freundlich apresentou ser o melhor ajuste, com R²=0,84105, sugerindo que a adsorção ocorre em processos de multicamada e em superfícies heterogêneas. Os estudos termodinâmicos, revelaram valores de ΔG° entre -2,71 e -5,39 kJ mol⁻¹, favorecendo um mecanismo físico e espontâneo; o valor de ΔH° de 34,85 kJ mol⁻¹ confirma o caráter endotérmico do processo de adsorção e com ΔS° de 100 J K⁻¹ evidencia o aumento de desordem e aleatoriedade na interface sólido-líquido. Além disso, as MSNs mantiveram a sua estabilidade e eficiência de adsorção nos 3 primeiros ciclos consecutivos de reutilização. Contudo, embora as MSNs sintetizadas tenham mostrado excelente desempenho na adsorção de AM, a remoção do herbicida diquat foi limitada, alcançando ≈ 5% nas condições otimizadas. Esse resultado foi atribuído às características da sílica pura e à orientação molecular do poluente real, o que indica a necessidade de aprimoramento das MSNs tipo SBA-15 para a adsorção dessa classe de herbicidas em meio aquoso. |
| Abstract: | Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) stand out in various fields including environmental applications, where they serve as excellent adsorbents for treating contaminated water due to specific physicochemical properties such as high surface area and large pore diameter and volume. In this study, SBA-15 type MSNs were synthesized using rice husk as a renewable silicon source and applied to the adsorption of the herbicide diquat in an aqueous medium. The nanomaterial was synthesized via a hydrothermal method and subsequently calcined at 400°C for 4 hours. Characterization results confirmed the mesoporous structure of the MSNs, showing an interplanar spacing (d100) of 8.58 nm, a unit cell parameter (a0) of 9.90 nm, a wall thickness of 5.05 nm, and a surface area (SBET) of 499.0 m²/g characteristics favorable to the adsorption process. Optimization of adsorption conditions using the model pollutant methylene blue (MB) yielded promising results; regarding adsorbent mass, the maximum amount tested (50 mg) achieved the best removal rate, reaching 36.54% after 30 minutes of contact. pH optimization studies showed that pH 9 resulted in the highest removal efficiency (96.37% after 7 hours), a value consistent with the pHpzc of the synthesized MSNs. Adsorption kinetics analysis revealed that the pseudo-second-order model provided the best fit (R² = 0.85335), with an equilibrium adsorption capacity (Qe) of 55.42 mg/g and a rate constant (K2) of 3.33 × 10⁻⁴ mg g⁻¹ min⁻¹. Regarding the evaluated adsorption models, the Freundlich model provided the best fit (R² = 0.84105), suggesting that adsorption occurs via a multilayer process on heterogeneous surfaces. Thermodynamic studies revealed ΔG° values between -2.71 and -5.39 kJ mol⁻¹, indicating a spontaneous, physisorption-based mechanism; the ΔH° value of 34.85 kJ mol⁻¹ confirms the endothermic nature of the adsorption process, while the ΔS° value of 100 J K⁻¹ points to increased disorder and randomness at the solid-liquid interface. Furthermore, the MSNs maintained their stability and adsorption efficiency across the first three consecutive reuse cycles. However, although the synthesized MSNs demonstrated excellent performance in AM adsorption, the removal of the herbicide diquat was limited, reaching approximately 5% under optimized conditions. This result was attributed to the characteristics of the pure silica and the molecular orientation of the specific pollutant, indicating a need to further modify SBA-15-type MSNs to improve the adsorption of this class of herbicides in aqueous media. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41163 |
| Aparece nas coleções: | CM - Licenciatura em Química |
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