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Título: Remoção dos herbicidas 2,4-D e picloram utilizando catalisadores a base de biocarvão e dióxido de titânio
Título(s) alternativo(s): Removal Of 2,4-D and picloram herbicides using biochar and titanium dioxide based catalysts
Autor : Martinho, Felipe da Silva
Lattes: https://lattes.cnpq.br/0729687464593521
Primeiro orientador: Ferreira, Guilherme Max Dias
Primeiro coorientador: Soares, Jenaina Ribeiro
Primeiro membro da banca: Martins, Nayara Teodoro do Prado
Segundo membro da banca: Melo, Edmar Isaias de
Palavras-chave: Remediação
Fotocatálise
Adsorção
Fotodegradação
Remediatio
Photocatalysis
Adsorption
Photodegradation
Data da publicação: 17-Jan-2025
Agência(s) de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- Capes
Referência: MARTINHO, Felipe da Silva. Remoção dos herbicidas 2,4-D e picloram utilizando catalisadores a base de biocarvão e dióxido de titânio. 2024.98 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, 2024.
Resumo: Os herbicidas são amplamente utilizados no controle de plantas invasoras, mas seus resíduos e produtos de degradação podem contaminar o ambiente, afetando tanto organismos não-alvo quanto a biodiversidade. Entre esses compostos, o 2,4-D e o picloram tem recebido destaque devido à sua toxicidade, persistência no solo e alta mobilidade, tornando imprescindível o desenvolvimento de métodos eficientes para sua remoção de solos, água e sedimentos. Os fotocatalisadores de TiO2, por exemplo, fornecem descontaminação rápida e eficiente de matrizes contaminadas por pesticidas. Entretanto, enfrentam problemas relacionados à recuperação e eficiência catalítica considerável apenas sob irradiação ultravioleta. Nesse sentido, materiais à base de carbono, como os biocarvões, têm recebido atenção especial na formação de catalisadores combinados com fotocatalisadores, como o TiO2, melhorando a performance de remoção de contaminantes e favorecendo o reuso do material. Nesse contexto, este trabalho avalia a utilização de biocarvões oriundos de bagaço de cana-de-açúcar obtidos em diferentes temperaturas de pirólise como materiais suportes para o TiO2 na remoção dos herbicidas 2,4-D e picloram de meio aquoso. O catalisador de melhor desempenho de remoção para os herbicidas (BDT900) foi preparado pela mistura do biocarvão obtido na temperatura de 900 °C (BC900) com o TiO2. Para este catalisador, a microscopia eletrônica de varredura revelou a impregnação de TiO2 sobre as cavidades na superfície do biocarvão. A espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier mostrou a formação de ligações C=C associadas a anéis aromáticos no biocarvão, resultantes das estruturas grafíticas geradas durante o processo de pirólise em condições de alta temperatura. O uso de banho ultrassônico no preparo do catalisador mostrou-se eficaz em aumentar a capacidade de adsorção do biocarvão, devido à desobstrução de poros e cavidades da estrutura carbonácea. Isso contribuiu para que a adsorção dominasse sobre os processos fotocatalíticos de remoção na primeira hora de aplicação do material sob a incidência de radiação UV-C. Os estudos cinéticos de degradação do picloram e 2,4-D pelo BDT900 mostraram uma eficiência de remoção superior a 89% em um período de 6 horas sob incidência de luz UV-C. A mistura dos sólidos precursores BC900 (após sonicação) + TiO2 apresentou uma capacidade de remoção global dos herbicidas semelhante à obtida pelo catalisador BDT900, sugerindo pouco sinergismo na ação do BDT900 em relação ao processo de fotodegradação. Entretanto, a extensão dos processos adsortivos e fotocatalíticos foram alteradas devido aos efeitos de alteração no número de sítios de adsorção e alteração na absorção efetiva de luz pelo fotocatalisador. Por outro lado, o reuso do catalisador foi favorecido em relação ao da mistura de precursores, com facilidade no processo de separação do material por decantação. Essas descobertas mostram o potencial do BDT900 como excelente material adsorvente e fotocatalisador para a remediação de água contaminada com 2,4-D e picloram
Abstract: Herbicides are widely used for controlling invasive plants, but their residues and degradation products can contaminate the environment, affecting non-target organisms and biodiversity. Among these compounds, 2,4-D and picloram stand out due to their toxicity, persistence in soil, and high mobility, making the development of efficient methods for their removal from soil, water, and sediments essential. TiO₂ photocatalysts, for example, provide rapid and efficient decontamination of matrices contaminated with pesticides. However, they face challenges related to recovery and significant catalytic efficiency only under ultraviolet irradiation. In this context, carbon-based materials, such as biochars, have gained special attention in the development of catalysts combined with photocatalysts like TiO₂, improving contaminant removal performance and facilitating material reuse. This study evaluates the use of biochars derived from sugarcane bagasse obtained at different pyrolysis temperatures as support materials for TiO₂ in the removal of 2,4-D and picloram herbicides from aqueous media. The catalyst with the best herbicide removal performance (BDT900) was prepared using the biochar BC900, obtained at 900 °C. For this catalyst, scanning electron microscopy revealed the impregnation of TiO₂ into the cavities on the biochar surface. Fourier-transform infrared spectroscopy indicated the formation of C=C bonds associated with aromatic rings in the biochar, resulting from graphitic structures generated during the high-temperature pyrolysis process. The use of ultrasonic treatment during catalyst preparation effectively increased the biochar's adsorption capacity by clearing pores and cavities in the carbonaceous structure. This enhancement contributed to adsorption dominating over photocatalytic removal processes during the first hour of catalyst application under UV-C irradiation. Kinetic studies on picloram and 2,4-D degradation using the BDT900 catalyst demonstrated a removal efficiency exceeding 89% within 6 hours under UV-C light. The mixture of BC900 precursors (after sonication) + TiO₂ showed a global herbicide removal capacity similar to that of the BDT900 catalyst, suggesting limited synergy in the catalyst formation regarding the photodegradation process. However, the extent of adsorptive and photocatalytic processes was altered due to changes in the number of adsorption sites and the effective light absorption by the photocatalyst. On the other hand, the reuse of the catalyst was more favorable than the mixture, given the ease of material decantation. These findings highlight the potential of BDT900 as an excellent adsorbent and photocatalyst for remediating water contaminated with 2,4-D and picloram.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido da autora, até julho de 2025
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/59777
Publicador: Universidade Federal de Lavras
Idioma: por
Aparece nas coleções:DAE - Administração - Mestrado (Dissertações)

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