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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de zeólita A com estrutura hierárquica como adsorvente versátil para remoção de íons Cu²⁺, Cd²⁺ e Pb²⁺ em meio aquoso
Título em inglês: Development of zeolite A with hierarchical structure as a versatile adsorbent for removal of Cu²⁺, Cd²⁺ and Pb²⁺ ions in aqueous media
Autor(es): França, Antonia Mayza de Morais
Orientador: Nascimento, Ronaldo Ferreira do
Coorientador: Loiola, Adonay Rodrigues
Palavras-chave em português: Zeólita;Hierarquização;Fibras de vidro Al₂O₃-SiO₂;Beads de alginato
Palavras-chave em inglês: Zeolite;Hierarchization;Al₂O₃-SiO₂ glass fibers;Alginate beads
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Data do documento: 2024
Citação: FRANÇA, Antonia Mayza de Morais. Desenvolvimento de zeólita A com estrutura hierárquica como adsorvente versátil para remoção de íons Cu²⁺, Cd²⁺ e Pb²⁺ em meio aquoso. 2024. 201 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: O estudo concentra-se na otimização da eficácia das zeólitas na remoção de íons metálicos como Cu²⁺, Cd²⁺ e Pb²⁺, superando desafios relacionados ao tamanho dos poros. Utilizando o método de hierarquização, as propriedades de transporte e difusão das zeólitas foram aprimoradas. Zeólitas hierarquizadas foram testadas na adsorção desses íons em sistemas de batelada e leito fixo. Duas fibras de vidro Al₂O₃-SiO₂ (FB1 e FB2), de marcas diferentes. foram revestidas com zeólitas e beads de alginato de cálcio com zeólita (AGZA) foram produzidos por revestimento in-situ e geleificação ionotrópica, respectivamente. Durante o processo de síntese inicial das fibras, foram exploradas diferentes temperaturas (85, 90, 93, 95 e 100 ºC). Tanto as fibras quanto os beads obtidos foram extensivamente caracterizados utilizando diversas técnicas. Os resultados destacaram o excelente desempenho das amostras de fibras sintetizadas a 95 ºC (FB1-95 e FB2-95) na adsorção em batelada, com uma preferência notável pela adsorção de Pb²⁺. Essas amostras foram selecionadas para o estudo em leito fixo, onde a ordem de adsorção observada foi Pb²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺. Os modelos cinéticos, isotérmicos e termodinâmicos foram eficazes na descrição do comportamento de adsorção no processo, com o modelo LDF se mostrando adequado para descrever os dados experimentais de adsorção em leito fixo. Nos beads de AGZA, os experimentos de adsorção em batelada mostraram alto desempenho, especialmente para o Pb²⁺, com melhor ajuste aos modelos cinéticos de pseudo-segunda ordem e isotérmicos de Langmuir. O estudo termodinâmico indicou que a adsorção de Cu²⁺ e Pb²⁺ é exotérmica e favorecida por temperaturas mais baixas, enquanto o oposto foi observado para Cd²⁺, com todos os processos sendo espontâneos. Houve um efeito competitivo entre os íons metálicos no estudo de adsorção em leito fixo, com preferência pela adsorção de Pb²⁺. A recuperação dos íons metálicos nos beads de AGZA foi bem-sucedida utilizando HNO₃. Em resumo, os resultados sugerem que tanto as fibras revestidas quanto os beads de AGZA têm grande potencial para aplicação na remoção de íons metálicos de soluções aquosas, contribuindo para métodos sustentáveis de tratamento de água.
Abstract: Study focuses on optimizing the effectiveness of zeolites in removing metal ions such as Cu²⁺, Cd²⁺ and Pb²⁺, overcoming challenges related to fixed bed column packing and improving analyte access to adsorption pores. Using the hierarchy method, the transport and diffusion properties of zeolites were improved. Hierarchical zeolites were tested for the adsorption of these ions in batch and fixed bed systems. Two Al₂O₃-SiO₂ glass fibers (FB1 and FB2), of different brands. were coated with zeolites and zeolite calcium alginate (AGZA) beads were produced by in-situ coating and ionotropic gelation, respectively. During the initial fiber synthesis process, different temperatures were explored (85, 90, 93, 95 and 100 ºC). Both the fibers and the beads obtained were extensively characterized using different techniques. Results highlighted the excellent performance of fiber samples synthesized at 95 ºC (FB1-95 and FB2-95) in batch adsorption, with a notable preference for Pb²⁺ adsorption. These samples were selected for the fixed bed study, where the observed adsorption order was Pb²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺. Kinetic, isothermal and thermodynamic models were effective in describing the adsorption behavior in the process, with the LDF model proving adequate to describe the experimental data of adsorption in a fixed bed. For AGZA Beads, batch adsorption experiments showed high performance, especially for Pb²⁺, with better fit to pseudo-second order kinetic and Langmuir isothermal models. Thermodynamic study indicated that the adsorption of Cu²⁺ and Pb²⁺ is exothermic and favored by lower temperatures, while the opposite was observed for Cd²⁺, with all processes being spontaneous. There was a competitive effect between metal ions in the fixed bed adsorption study, with preference for Pb²⁺ adsorption. The recovery of metal ions in AGZA beads was successful using HNO₃. In summary, the results suggest that both AGZA coated fibers and beads have great potential for application in the removal of metal ions from aqueous solutions, contributing to sustainable water treatment methods.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78607
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-9850-7819
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/7789324031461081
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-6393-6944
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/6345440666273561
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-4981-6321
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/9807982856173580
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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