Materiais reciclados de baterias exauridas de Zn-MnO2 e de rejeitos da indústria de mineração de ferro: síntese, caracterização e aplicações

dc.contributor.advisor1Freitas, Marcos Benedito Jose Geraldo de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1521-774X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3485939623614913
dc.contributor.authorMorais, Verônica Santos de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000273242057
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3680926664416715
dc.contributor.referee1Garcia, Eric Marsalha
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8006969980460016
dc.contributor.referee2Ferreira, Rafael de Queiroz
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5053247764430323
dc.contributor.referee3Ferreira, Sandra Aparecida Duarte
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7958-5827
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/5439516820869374
dc.contributor.referee4Lelis, Maria de Fatima Fontes
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-4828-4482
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9047743898158654
dc.contributor.referee5Dixini, Pedro Vitor Morbach
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/2789595746682398
dc.date.accessioned2024-05-30T00:54:18Z
dc.date.available2024-05-30T00:54:18Z
dc.date.issued2022-09-22
dc.description.abstractIn this study residual materials were employed from spent alkaline batteries and iron mining tailings for direct use or as starting materials in dry and wet syntheses and applications in electroanalytical and heterogeneous photocatalysis. The materials used in the applications were the REJ and MAC starting materials and the materials synthesized from these: COP_REJCMC450 (wet method: synthesis by co-precipitation), FerCer1, CER1000 and CER_CMC1000 (dry method: solid state synthesis). All starting and synthesized materials were characterized by XRD, SEM/EDX, MET, BET. The FerCer1 material was used in the development of the FerCer1/GCE non-enzymatic electrochemical sensor for ascorbic acid determination. Highlight for the development of a portable, fast and sustainable method to determine copper in alcoholic beverages, having been verified against a reference sample for cachaça. Square wave voltammetry (SWV) and screen-printed carbon electrodes modified with a thin and homogeneous film formed with the active material of the cathode (CAM) of spent Zn-MnO2 batteries and with corn starch (CAM/Starch/SPCE) were used. The SWV operational parameters for copper determination were optimized through experimental design and the optimal values obtained were: step potential (10 mV), modulation amplitude (80 mV) and frequency (4 Hz). The method used 0.1 mol L-1 H2SO4 as supporting electrolyte and presented a limit of detection of 0.024 µmol L-1 (R2 = 0.997). Recovery tests in cachaça, whiskey, vodka, gin and beer ranged from 93.3% to 108%, indicating that there is no matrix effect. The method was verified for cachaça analysis by analyzing a sample enrolled in a proficiency test program. All materials mentioned were also applied in heterogeneous photocatalysis studies in the decolorization of methylene blue dye using solar radiation, light cabin (UVA, UVC, UVA/US), presenting satisfactory results for the REJ, CER1000 and COP_REJCMC450 samples that obtained efficiencies of dye discoloration greater than 80% for experiments with solar radiation and UVA/US. The construction of an electrochemical sensor from spent Zn-MnO2 batteries and low cost materials such as starch for copper determination in alcoholic beverages, as well as application in heterogeneous photocatalysis also using iron mining tailings are sustainable strategies to minimize environmental and health problems associated with battery waste disposal and alternatives for inadequate disposal of iron mining tailings.
dc.description.resumoO presente trabalho empregou materiais residuais de bateriais alcalinas exauridas e rejeitos de mineração de ferro para uso direto ou como materiais de partidas em sínteses via seca e úmida e aplicações em eletroanalítica e fotocatálise heterogênea. Os materiais utilizados nas aplicações foram os materiais de partidas rejeito de mineração de ferro (REJ) e material ativo do catodo (MAC) e os materiais sintetizados a partir destes: COP_REJCMC450 (via úmida: síntese por coprecipitação), FerCer1, CER1000 e CER_CMC1000 (via seca: síntese de estado sólido). Todos os materiais de partida e sintetizados foram caracterizados por DRX, MEV/EDX, MET, BET. O material FerCer1 foi empregado no desenvolvimento de um sensor eletroquímico não-enzimático FerCer1/GCE para determinação de ácido ascórbico. Destaque para desenvolvimento de um método portátil, rápido e sustentável para determinar cobre em bebidas alcoólicas, que foi verificado contra amostra de referência para cachaça. Empregou-se voltametria de onda quadrada (SWV) e eletrodos impressos de carbono modificados com um filme fino e homogêneo formado com o MAC de baterias exauridas de Zn-MnO2 e com amido de milho (MAC/Amido/SPCE). Os parâmetros operacionais da SWV para a determinação de cobre foram otimizados através de planejamento experimental e os valores ótimos obtidos foram: incremento de potencial (10 mV), módulo de amplitude (80 mV) e frequência (4 Hz). O método empregou H2SO4 0,1 mol L-1 como eletrólito suporte e apresentou um limite de detecção de 0,024 µmol (R2 = 0,997). Os testes de recuperação em cachaça, whisky, vodka, gin e cerveja variaram de 93,3% a 108%, indicando que não há efeito de matriz. O método foi verificado para análise de cachaça mediante análise de amostra de inscrita em programa de ensaio de proficiência. Todos materiais citados foram também aplicados em estudos de fotocatálise heterogênea na descoloração do corante azul de metileno empregando radiação solar, cabine de luz (UVA, UVC, UVA/US), apresentando resultados satisfatórios para as amostras REJ, CER1000 e COP_REJCMC450 que obtiveram eficiências de descoloração do corante superiores a 80% para os experimentos com radiação solar e UVA/US. A construção de um sensor eletroquímico a partir de baterias exauridas de Zn-MnO2 e materiais de baixo custo como o amido para determinação de cobre em bebidas alcóolicas, bem como aplicação em fotocatálise heterogênea também utilizando rejeitos de mineração de ferro são estratégias sustentáveis para minimizar problemas ambientais e de saúde associados ao descarte de resíduos de baterias e alternativas para disposição inadequada de rejeitos de mineração de ferro.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16284
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectReciclagem de baterias Zn-MnO2
dc.subjectSensor eletroquímico não enzimático
dc.subjectFotocatálise heterogênea
dc.subjectRejeitos de mineração de ferro
dc.subjectSíntese estado sólido
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleMateriais reciclados de baterias exauridas de Zn-MnO2 e de rejeitos da indústria de mineração de ferro: síntese, caracterização e aplicações
dc.title.alternativeMaterials from spent Zn-MnO2 batteries and tailings of the iron mining industry: synthesis, characterization and applications
dc.typedoctoralThesis

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