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Tipo: Dissertação
Fecha de publicación : 3-jul-2024
Autor(es): JESUS, Geyna Evellyn Silva de
Primer Orientador: PAZ, Simone Patrícia Aranha da
Título : Otimização da síntese de pigmentos zeolíticos ultramarinos derivados de rejeito de caulim usando um DOE 2ˆ3 completo.
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Citación : JESUS, Geyna Evellyn Silva de. Otimização da síntese de pigmentos zeolíticos ultramarinos derivados de rejeito de caulim usando um DOE 2ˆ3 completo. Orientadora: Simone Patrícia Aranha da Paz. 2024. xviii, 67 f. Dissertação (Mestrado em Geoquímica) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16804. Acesso em:.
Resumen: O Estado do Pará é reconhecido como um importante centro de produção de caulim para cobertura de papel, resultando em uma considerável quantidade de rejeitos, compostos principalmente por caulinita. Grupos de pesquisa da Universidade Federal do Pará têm explorado o uso desses rejeitos como uma fonte alternativa de silício e alumínio na síntese de zeólitas, em particular a zeólita A, que possui potencial para a produção de pigmentos ultramarinos. Esses pigmentos inorgânicos são altamente valorizados devido à sua cor azul profunda e à sua boa estabilidade química e física. As zeólitas LTA e sodalita são as principais estruturas cristalinas envolvidas nesse processo, com os radicais aniônicos S3⁻ sendo responsáveis pela cor azul. O processo de síntese inclui a calcinação da zeólita com enxofre e carbonato de sódio, resultando na difusão dos polissulfetos de sódio pelos poros da zeólita e na produção de pigmentos com variações de cor dependendo das condições de síntese. O objetivo do estudo foi compreender como a estrutura cristalina das zeólitas (zeólita LTA e sodalita) afeta a cor do pigmento e propor uma otimização para a síntese mais eficiente desses pigmentos. Para alcançar esses objetivos, uma metodologia de planejamento experimental sequencial (DOE) foi aplicada. Um Planejamento Fatorial Completo seguido de um Composto Central foi utilizado para identificar os fatores significativos e influentes no processo de obtenção da cor azul ultramar. Para a otimização, empregou-se a metodologia de superfície de resposta em conjunto com a função Solver do Excel. A resposta obtida foi a cor e os fatores foram temperatura, tempo e razão S/Na2CO4. As análises que embasaram a discussão cristaloquímica foram: espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG) distribuição de tamanho de partícula (DTP), ponto de carga zero (PCZ) e espectroscopia por reflectância difusa UV-Vis, e para a classificação das cores usou-se o Sistema de Cores Munsell. As análises cristaloquímicas dos pigmentos obtidos a partir da zeólita-LTA revelaram a inserção dos cromóforos S3- na estrutura zeolítica, o que foi corroborado pelas análises FTIR e DSC-TG, destacando-se picos característicos dessas fases. A espectroscopia de UV-Vis revelou a presença tanto dos cromóforos S2 - (associados à tonalidade verde) quanto dos S3- (associados ao azul), sendo que o produto otimizado apresentou uma concentração mais elevada do cromóforo S3-, indicando a eficácia do planejamento. Por outro lado, a análise de UV-Vis do pigmento derivado da sodalita não mostrou os picos característicos dos cromóforos de interesse. Por fim, essa pesquisa assume uma relevância significativa no contexto global dos impactos ambientais resultantes da geração de resíduos, oferecendo uma alternativa promissora para a gestão do resíduo de caulim e a produção do pigmento sintético ultramarino. A síntese desse pigmento a partir da zeólita-LTA representa uma abordagem ambientalmente mais sustentável, devido à redução quase nula das emissões de óxidos de enxofre, posicionando-se como uma solução viável e ecologicamente consciente para a obtenção desse tipo de pigmento.
Resumen : The state of Pará is recognized as an important center for kaolin production for paper coating, resulting in a significant amount of waste, mainly composed of kaolinite. Research groups at the Federal University of Pará have been exploring the use of this waste as an alternative source of silicon and aluminum in the synthesis of zeolites, particularly zeolite A, which has the potential for producing ultramarine pigments. These inorganic pigments are highly valued due to their deep blue color and good chemical and physical stability. LTA and sodalite zeolites are the main crystalline structures involved in this process, with the S3⁻ anionic radicals responsible for the blue color. The synthesis process involves calcination of the zeolite with sulfur and sodium carbonate, resulting in the diffusion of sodium polysulfides through the zeolite pores and the production of pigments with color variations depending on the synthesis conditions. The aim of the study was to understand how the crystalline structure of zeolites (LTA zeolite and sodalite) affects the pigment color and to propose an optimization for the more efficient synthesis of these pigments. To achieve these objectives, a sequential experimental design methodology (DOE) was applied. A Full Factorial Design followed by a Central Composite Design was used to identify the significant and influential factors in obtaining the ultramarine blue color. For optimization, the response surface methodology was employed in conjunction with the Excel Solver function. The response obtained was color, and the factors were temperature, time, and S/Na2CO4 ratio. The analyses that supported the crystallochemical discussion were: Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetry (TG), particle size distribution (PSD), zero point charge (ZPC), and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, and Munsell Color System was used for color classification. The crystallochemical analyses of the pigments obtained from LTA zeolite revealed the insertion of S3⁻ chromophores into the zeolitic structure, which was corroborated by FTIR and DSC-TG analyses, highlighting characteristic peaks of these phases. UV-Vis spectroscopy revealed the presence of both S2⁻ (associated with green hue) and S3⁻ (associated with blue hue) chromophores, with the optimized product showing a higher concentration of S3⁻ chromophore, indicating the effectiveness of the planning. On the other hand, UV-Vis analysis of the pigment derived from sodalite did not show characteristic peaks of the chromophores of interest. Finally, this research assumes significant relevance in the global context of environmental impacts resulting from waste generation, offering a promising alternative for the management of kaolin waste and the production of synthetic ultramarine pigment. The synthesis of this pigment from LTA zeolite represents a more environmentally sustainable approach due to the almost negligible reduction in sulfur oxide emissions, positioning itself as a viable and environmentally conscious solution for obtaining this type of pigment.
Palabras clave : Zeólita A
Sodalita
Planejamento fatorial completo
Composto central
Ultramar
metadata.dc.subject.areadeconcentracao: GEOQUÍMICA E PETROLOGIA
metadata.dc.subject.linhadepesquisa: MINERALOGIA E GEOQUÍMICA
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS
País: Brasil
Editorial : Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Geociências
Programa: Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.source.uri: Disponível na internet via correio eletrônico: bibgeociencias@ufpa.br
metadata.dc.source: 1 CD-ROM
Aparece en las colecciones: Dissertações em Geologia e Geoquímica (Mestrado) - PPGG/IG

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