Publicação
Development of geopolymer-carbon composite for wastewater treatment
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química | |
| datacite.subject.sdg | 06:Água Potável e Saneamento | |
| dc.contributor.advisor | Gomes, Hélder | |
| dc.contributor.advisor | Pereira, Edilaine Regina | |
| dc.contributor.author | Silva, Lívia Firmani | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-09T10:44:40Z | |
| dc.date.available | 2026-06-09T10:44:40Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description | Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Campo Mourão | |
| dc.description.abstract | The quality of wastewater treatment and the discharge of treated effluents remain major environmental issues, particularly due to the release of contaminants of emerging concern into aquatic environments as a result of insufficient tertiary treatment in wastewater treatment plants. Among these contaminants of emerging concern, pharmaceuticals such as carbamazepine, are frequently detected in wastewater and poses potential risks to water quality. In this context, the present study investigates the development of geopolymer and geopolymer-carbon composite subjected to a zeolitization process, produced from waste-derived materials. Fly ash was used as the primary precursor for geopolymer synthesis, while activated carbon was obtained from grape pomace. Comprehensive characterization was performed to assess the composition, structure, and surface properties of the synthesized materials. X-ray diffraction analysis revealed the presence of major crystalline phases, including quartz, hematite, and calcite, as well as the formation of zeolitic phases (Na-faujasite) in GP_HT2.0, whereas GP_AC_HT2.0 exhibited only calcite and gehlenite phases. Fourier Transform Infrared Spectroscopy spectra confirmed the presence of Si–O–T groups in the inorganic (FA, GP_M, GP_ HT1.0, GP_ HT1.5, GP _HT2.0, and GP_HT2.5) materials and carbon-related (–CH₂ and –CH₃ groups, C–O and C–O–C) bonds in the organic (WGP, AC_WGP, GP _AC, and GP _AC_HT2.0) materials. Additionally, acid–base characterization demonstrated the high basicity of all samples. BET analysis revealed a specific surface area of 427 m² g⁻¹ for AC, 30 m² g⁻¹ for GP_M, 181 m² g⁻¹ for GP _HT2.0, 48 m² g⁻¹ for GP_AC, and 139 m² g⁻¹ for GP_AC_HT2.0. Equilibrium analysis showed that the Langmuir model effectively described the adsorption process, indicating favorable conditions and strong affinity between the adsorbents and the adsorbate. Kinetic studies confirmed that all materials followed a pseudo-second-order model, the maximum adsorption capacities were determined as 4.2, 29.4, 39.7, and 30.6 mg g⁻¹ for GP_M, GP _HT2.0, GP_AC, and GP_AC_HT2.0, respectively. | por |
| dc.description.abstract | A qualidade do tratamento de águas residuais e a descarga de efluentes tratados continuam a representar importantes desafios ambientais, particularmente devido à liberação de contaminantes de preocupação emergente em ambientes aquáticos como resultado da insuficiência do tratamento terciário em estações de tratamento de águas residuais. Entre esses contaminantes de preocupação emergente, fármacos como a carbamazepina são frequentemente detectados em águas residuais e representam potenciais riscos à qualidade da água. Nesse contexto, o presente estudo investiga o desenvolvimento de um geopolímero e de um compósito geopolímero–carbono submetidos a um processo de zeolitização, produzidos a partir de materiais derivados de resíduos. A cinza volante foi utilizada como principal precursor para a síntese do geopolímero, enquanto o carvão ativado foi obtido a partir do bagaço de uva. Uma caracterização abrangente foi realizada para avaliar a composição, estrutura e propriedades superficiais dos materiais sintetizados. A análise por difração de raios X revelou a presença de fases cristalinas majoritárias, incluindo quartzo, hematita e calcita, bem como a formação de fases zeolíticas (Na-faujasita) em GP_HT2.0, enquanto GP_AC_HT2.0 apresentou apenas as fases calcita e gehlenita. Os espectros de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier confirmaram a presença de grupos Si–O–T nos materiais inorgânicos (FA, GP_M, GP_HT1.0, GP_HT1.5, GP_HT2.0 e GP_HT2.5) e de ligações relacionadas ao carbono (grupos –CH₂ e –CH₃, C–O e C–O–C) nos materiais orgânicos (WGP, AC_WGP, GP_AC e GP_AC_HT2.0). Adicionalmente, a caracterização ácido–base demonstrou a elevada basicidade de todas as amostras. A análise BET revelou áreas superficiais específicas de 427 m² g⁻¹ para AC, 30 m² g⁻¹ para GP_M, 181 m² g⁻¹ para GP_HT2.0, 48 m² g⁻¹ para GP_AC e 139 m² g⁻¹ para GP_AC_HT2.0. A análise de equilíbrio mostrou que o modelo de Langmuir descreveu adequadamente o processo de adsorção, indicando condições favoráveis e forte afinidade entre os adsorventes e o adsorvato. Os estudos cinéticos confirmaram que todos os materiais seguiram o modelo de pseudo-segunda ordem, e as capacidades máximas de adsorção foram determinadas como 4.2; 29.4; 39.7; e 30.6 mg g⁻¹ para GP_M, GP_HT2.0, GP_AC e GP_AC_HT2.0, respectivamente. | por |
| dc.description.sponsorship | This work was supported by national funds through FCT/MCTES (PIDDAC): CIMO, UIDB/00690/2020 (DOI: 10.54499/UIDB/00690/2020) and UIDP/00690/2020 (DOI: 10.54499/UIDP/00690/2020); and SusTEC, LA/P/0007/2020 (DOI: 10.54499/LA/P/0007/2020). The authors are grateful to Sociedade Ponto Verde for the financial support through the project “Avaliação de Ciclo de Vida de materiais geopoliméricos obtidos a partir da valorização de resíduos sólidos urbanos”. | |
| dc.identifier.tid | 204313074 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/36853 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.relation | Mountain Research Center - UIDB/00690/2020 | |
| dc.relation | Associate Laboratory for Sustainability and Tecnology in Mountain Regions - LA/P/0007/2020 | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Solid waste valorizationCircular economy | |
| dc.subject | Geopolymer | |
| dc.subject | Wastewater treatment | |
| dc.subject | Contaminants of emerging concern | |
| dc.subject | Carbamazepine | |
| dc.title | Development of geopolymer-carbon composite for wastewater treatment | |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardNumber | UIDB/00690/2020 | |
| oaire.awardNumber | LA/P/0007/2020 | |
| oaire.awardTitle | Mountain Research Center - UIDB/00690/2020 | |
| oaire.awardTitle | Associate Laboratory for Sustainability and Tecnology in Mountain Regions - LA/P/0007/2020 | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UIDB%2F00690%2F2020/PT | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/LA%2FP%2F0007%2F2020/PT | |
| oaire.fundingStream | 6817 - DCRRNI ID | |
| oaire.fundingStream | 6817 - DCRRNI ID | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
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| relation.isProjectOfPublication | 29718e93-4989-42bb-bcbc-4daff3870b25 | |
| relation.isProjectOfPublication | 6255046e-bc79-4b82-8884-8b52074b4384 | |
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| thesis.degree.name | Dissertação de Mestrado |