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Type: Dissertação
Title: Avaliação da influência da granulometria de um resíduo da siderurgia na geração de radicais via processo oxidativo avançado
Title in English: Evaluation of the influence of granulometry of a steelworks residue on the generation of radicals via advanced oxidative process
Authors: Silva, Carlos Eduardo Pinheiro da
Advisor: Longhinotti, Elisane
Co-advisor: Becker, Helena
Keywords: Contaminante orgânico;Carepa;Processos Oxidativos Avançados
Issue Date: 2023
Citation: SILVA, Carlos Eduardo Pinheiro da. Avaliação da influência da granulometria de um resíduo da siderurgia na geração de radicais via processo oxidativo avançado. 2023. 61 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: A indústria siderúrgica é uma das mais importante no mundo moderno. No entanto, no processo de transformação do ferro em aço são gerados uma grande quantidade de resíduos/coprodutos. Dentre estes resíduos está a carepa, proveniente do lingotamento contínuo e da laminação, a qual é constituída de aproximadamente 70% de óxidos de ferro, sendo usualmente aplicada nos Processos Oxidativos Avançados (POAs), especialmente nas reações de Fenton ou Tipo-Fenton para degradação de compostos orgânicos potencialmente poluentes. Assim, o presente estudo propõe avaliar os diferentes tamanhos de partículas de carepa como ativador do peróxido de hidrogênio na formação de espécies reativas de oxigênio durante a decomposição de compostos orgânicos. Para isso, foi realizada uma separação granulométrica da carepa, obtendo-se quatro tamanhos diferentes de grãos: T1 (<0,25 mm), T2 (0,25 a 0,84 mm), T3 (0,84 a 2,00 mm) e T4 (>2,00 mm). Esses diferentes tamanhos de grão foram caracterizados usando raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) com EDX, infravermelho, Mössbauer e análise elementar. Através de análises de raios X e Mössbauer, foram identificadas três fases de óxidos de ferro, a wustita (FeO), hematita (Fe2O3) e magnetita (Fe3O4), para os tamanhos T1 e T2. Já para T3 e T4, foram observadas apenas wustita e magnetita. A análise de MEV mostrou partículas preferencialmente esféricas. Os resultados de EDX e infravermelho apontaram para a presença de CO32- e SiO2 na composição da carepa. O estudo uso das diferentes granulometrias obtidas na reação de Fenton em condição previamente otimizada, que promoveu a formação do radical hidroxila (•OH) que foi capaz de degradar o composto imidacloprido (IMD). Para a granulometria T1, observou-se a menor degradação do IMD (aproximadamente 18%). Porém, os demais tamanhos (T2 a T4) promoveram degradações na faixa de 62-83%. A lixiviação de ferro na solução se mostrou dependente do pH. Um maior consumo de H2O2 na reação foi relacionado a um aumento no teor de ferro lixiviado, o que consequentemente leva a uma maior degradação do IMD. O estudo observou boa estabilidade dos tamanhos dos resíduos quanto a lixiviação do ferro, em que o teor total de ferro lixiviado foi baixo, na faixa de 0,02-0,50% em relação à massa da amostra utilizada. No entanto, a granulometria T3 lixiviou uma concentração de 26,67±1,91 mg/L de ferro, superior à permitida pela Resolução CONAMA nº 430. Dentre os tamanhos estudados, o T2 mostrou-se o mais promissor para aplicações futuras na degradação de poluentes orgânicos, pois exigiu uma quantidade menor de H2O2, apresentou menor lixiviação de ferro, e é a granulometria majoritária na amostra de carepa.
Abstract: The steel industry is one of the most important industries in the modern world. However, during the process of transforming iron into steel, a large amount of waste and by-products are generated. One of these residues is mill scale, which comes from continuous casting and rolling and consists of approximately 70% of iron oxides. This waste is typically used in Advanced Oxidative Processes (AOPs), particularly in Fenton or Fenton-Type reactions for degrading potentially polluting organic compounds. The present study proposes to evaluate the different sizes of mill scale particles as an activator of hydrogen peroxide in the formation of reactive oxygen species during the decomposition of organic compounds. To achieve this, a granulometric separation of the mill scale was performed, and four different grain sizes were obtained: T1 (<0.25 mm), T2 (0.25 to 0.84 mm), T3 (0.84 to 2.00 mm), and T4 (>2.00 mm). These different grain sizes were characterized using X-ray, scanning electron microscopy (SEM) with EDX, Infrared, Mössbauer, and elemental analysis. By conducting X-ray and Mössbauer analysis, three phases of iron oxides were identified, wustite (FeO), hematite (Fe2O3), and magnetite (Fe3O4), for sizes T1 and T2. As for T3 and T4, only wustite and magnetite were observed. The SEM analysis showed preferentially spherical particles. EDX and infrared results pointed to the presence of CO32- and SiO2 in the mill scale composition. The study uses the different granulometries obtained in the Fenton reaction in a previously optimized condition, which was observed to promote the formation of the hydroxyl radical (•OH) capable of degrading the imidacloprid compound (IMD). For the T1 granulometry, the study observed the lowest degradation of the IMD (approximately 18%). However, the other sizes (T2 to T4) promoted degradations in the range of 62-83%. The study found that the iron leaching into the solution was pH dependent. A higher consumption of H2O2 in the reaction was related to an increase in the content of leached iron, which consequently leads to a greater degradation of the IMD. The study observed good stability of the T1, T2, and T4 residue sizes in the iron leaching, where the total content of leached iron was low, in the range of 0.02-0.50% in relation to the mass of the sample used. However, the T3 granulometry leached a concentration of 26.67±1.91 mg/L of iron, higher than that allowed by CONAMA Resolution nº 430. Among the sizes of mill scale studied, T2 proved to be the most promising for future applications in the degradation of organic pollutants as it required a smaller amount of H2O2, showed less iron leaching, and is the major granulometry in the mill scale sample.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73788
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