Reciclagem de lama abrasiva e baterias de íon-lítio para síntese de óxidos mistos aplicados em fotocatálise e armazenamento de energia

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dc.contributor.advisor-co1 Marques, Fabielle Castelan
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-5440-3417
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0930538143260576
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.authorMoura , Mayra Nicoli
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0008-3858-0377
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7256917309355006
dc.contributor.referee1 Lelis, Maria de Fátima Fontes
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4828-4482
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9047743898158654
dc.contributor.referee2Athayde, Geisamenda Pedrini Brandão
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-4315-0653
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8037324704189596
dc.contributor.referee3Sena, Denise Rocco de
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7581-6560
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7378659077068719
dc.contributor.referee4 Teixeira, Ana Paula de Carvalho
dc.contributor.referee4IDhttp://lattes.cnpq.br/0157609658246739
dc.contributor.referee4Latteshttps://orcid.org/0000-0002-4985-7502
dc.date.accessioned2026-01-26T17:46:16Z
dc.date.available2026-01-26T17:46:16Z
dc.date.issued2025-11-24
dc.description.abstractThe improper disposal of solid waste is one of the major environmental challenges to be addressed. A sustainable and environmentally responsible alternative is to add value to these wastes by using them in advanced applications, such as pollutant degradation and energy storage. The present study investigates the sustainable reuse of industrial wastes—abrasive sludge from marble and granite processing and spent lithium-ion battery cathodes—for the synthesis of mixed oxides. This study aimed to synthesize and evaluate CoFe₂O₄/γ-Fe₂O₃@SiO₂/NaAlSi₃O₈ mixed oxides derived from marble and granite industry abrasive sludge and spent lithium-ion battery cathodes, targeting their application as photocatalysts and pseudocapacitors. The abrasive sludge exhibited phases such as quartz, steel shot, magnetite, albite, mica, calcite, and dolomite, as identified by X-ray diffraction. It was also characterized by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The catalytic properties of the samples were evaluated through Fenton and photo-Fenton reactions at pH 3 and at natural pH. The GRM catalyst achieved approximately 95% discoloration in only 5 minutes under photo-Fenton reaction at pH 3, maintaining performance above 95% after five consecutive 30-minute cycles. Cathode characterization revealed the presence of LiCoO₂ and graphite carbon. The mixed oxide CoFe₂O₄/γ-Fe₂O₃@SiO₂ was characterized by XRD, ICP-OES, Fouriertransform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, SEM, EDX, TEM, and UV–Vis spectroscopy, with a band gap of 3.2 eV identified. When applied as a heterogeneous catalyst in the photo-Fenton process, it achieved 100% discoloration of methylene blue (15 mg·L⁻¹) at pH 3, using H₂O₂ (0.003 mol·L⁻¹) and 30 mg of catalyst in 50 minutes. The reaction kinetics follow a pseudo-first-order model. After catalysis, XRD and ICPOES analyses indicated possible albite leaching and the presence of Al, Ca, Fe, K, Mg, Si, and Na in solution, without compromising material stability, which maintained its performance after six cycles. The material also exhibited highly reversible pseudocapacitive behavior, with a capacitance of 45.5 F·g⁻¹, an energy density of 36.4 Wh·kg⁻¹, and a coulombic efficiency of 88.8%. The proposed approach represents a sustainable solution for the reuse of industrial and electronic waste, contributing to clean technologies, the circular economy, and sustainable development.
dc.description.resumoO descarte inadequado de resíduos sólidos é um dos grandes desafios ambientais a ser enfrentado. Uma alternativa sustentável e ambientalmente responsável é agregar valor a esses resíduos utilizando-os em aplicações avançadas, como a degradação de poluentes e o armazenamento de energia. O presente estudo investiga o reaproveitamento sustentável de resíduos industriais - lama abrasiva de mármore e granito e cátodos exauridos de baterias de íons-lítio - para a síntese de óxidos mistos. Este estudo teve como objetivo sintetizar e avaliar óxidos mistos CoFe₂O₄/γFe₂O₃@SiO₂/NaAlSi₃O₈ a partir da lama abrasiva de indústrias de mármore e granito e de cátodos de baterias de íons-lítio exauridas, visando seu uso como fotocatalisadores e pseudocapacitores. A lama abrasiva apresentou fases como quartzo, granalha, magnetita, albita, mica, calcita e dolomita, conforme identificado por difração de raios X. Essa também foi caracterizada por espectroscopia de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de raios X por dispersão de energia. As propriedades catalíticas das amostras foram avaliadas por meio das reações de Fenton e foto Fenton, em pH 3 e em pH natural. O catalisador GRM apresentou descoloração de ≈95% em apenas 5 minutos sob reação foto Fenton em pH 3, mantendo desempenho superior a 95% após 5 ciclos consecutivos de 30 minutos. A caracterização do cátodo revelou a presença de LiCoO₂ e C-grafite. O óxido misto CoFe₂O₄/γ-Fe₂O₃@SiO₂ foi caracterizado por DRX, ICP-OES, Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Raman, MEV, EDX, MET e Espectroscopia UV-Vis, sendo identificado um band gap de 3,2 eV. Quando aplicado como catalisador heterogêneo no processo foto Fenton, obteve 100% de descoloração do azul de metileno (15 mg·L⁻¹) em pH 3, com H₂O₂ (0,003 mol·L⁻¹) e 30 mg do catalisador em 50 minutos. A cinética da reação segue um modelo de pseudo-primeira ordem. Após a catálise, análises por DRX e ICP-OES indicaram possível lixiviação da albita e presença de Al, Ca, Fe, K, Mg, Si e Na na solução, sem prejuízo à estabilidade do material, que manteve desempenho após seis ciclos. O material também apresentou comportamento pseudocapacitivo altamente reversível, com capacitância de 45,5 F·g⁻¹, densidade de energia de 36,4 Wh·kg⁻¹ e eficiência coulômbica de 88,8%. A abordagem proposta representa uma solução sustentável para o reaproveitamento de resíduos industriais e eletrônicos, contribuindo para tecnologias limpas, economia circular e desenvolvimento sustentável.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20827
dc.languagepor
dc.language.isopt
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.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectQuímica ambiental
dc.subjectReciclagem de lixo eletrônico
dc.subjectCorantes
dc.subjectCatálise
dc.subjectEletroquímica
dc.subjectLithium-ion battery
dc.subjectAbrasive sludge
dc.subjectPseudocapacitor
dc.subjectFenton reactions
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleReciclagem de lama abrasiva e baterias de íon-lítio para síntese de óxidos mistos aplicados em fotocatálise e armazenamento de energia
dc.title.alternativeRecycling of abrasive sludge and lithium-ion batteries for the synthesis of mixed oxides applied in photocatalysis and energy storage
dc.typedoctoralThesis
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