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Tipo: Dissertação
Data do documento: 5-Fev-2025
Autor(es): LIMA, Haianny Beatriz Saraiva
Primeiro(a) Orientador(a): ESTUMANO, Diego Cardoso
Primeiro(a) coorientador(a): COSTA, Deibson Silva da
Título: Produção de material zeolítico em escala semi piloto com o calor proveniente da dissolução de hidróxido de sódio
Citar como: LIMA, Haianny Beatriz Saraiva. Produção de material zeolítico em escala semi piloto com o calor proveniente da dissolução de hidróxido de sódio. Orientador: Diego Cardoso Estumano. 2025. 119 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17673. Acesso em:.
Resumo: A crescente demanda por materiais zeolíticos, devido à sua alta capacidade de adsorção, seletividade e troca iônica, ressalta a necessidade de métodos de produção mais eficientes e sustentáveis. Desse modo, o estudo objetivou a produção de zeólitas em escala semi piloto a partir do resíduo de caulim, utilizando calor reacional para síntese hidrotermal e a aplicação dessas zeólitas na adsorção de íons cobre. A metodologia envolveu a secagem, desagregação e calcinação do resíduo caulinítico, seguido pela síntese do material zeolítico. As caracterizações dos materiais foram realizadas por meio das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Análise Termogravimétrica (TG), Termogravimétrica Diferencial (DTG) e Calorimétrica Exploratória Diferencial (DSC). Posteriormente, realizou-se isotermas de equilíbrio em temperaturas de 25 ºC, 35 ºC, 45 ºC, 55 ºC, 65 ºC, 75 ºC, 85 ºC e 95 ºC em conjunto com a estimativa de parâmetros para o estudo dos mecanismos de adsorção e interface adsorvato/adsorvente. Além disso, realizou-se a modelagem do processo de adsorção dos gases sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (CO2), utilizando dados experimentais provenientes da literatura e empregando modelos analíticos de curva de ruptura para descrever o fenômeno de adsorção em fluxo contínuo. Assim sendo, os resultados confirmaram a presença majoritária de caulinita no resíduo, a eficiência do processo de calcinação e a formação de material zeolítico, evidenciado pela composição mineralógica, química e pela morfologia cúbica característica da zeólita 4A e formas esféricas da sodalita. As análises térmicas elucidaram mudanças associadas à perda de água e transições de fase. Os testes de adsorção demonstraram que o material produzido foi eficaz na remoção de íons cobre, com uma quantidade máxima adsorvida de 782,76 mg/g a 95 ºC indicando uma boa interação entre o adsorvente e o adsorvato. Ademais, a utilização de técnicas Bayesianas para estimativa de parâmetros de modelos de isotermas e curvas de ruptura, possibilitou melhor entendimento da dinâmica dos processos. Por fim, o presente trabalho demonstrou a viabilidade da produção de zeólitas a partir do resíduo de caulim em escala semi piloto com o calor reacional, oferecendo uma abordagem com menor nocividade ao meio ambiente e reduzindo custos, por meio da reutilização de resíduo industrial e otimização energética do processo.
Abstract: The increasing demand for zeolitic materials, due to their high adsorption capacity, selectivity, and ion exchange, highlights the need for more efficient and sustainable production methods. Thus, the study aimed to produce zeolites on a semi pilot scale from kaolin waste, utilizing reactive heat for hydrothermal synthesis and applying these zeolites for copper ion adsorption. The methodology involved drying, disaggregation, and calcination of the kaolinitic waste, followed by the synthesis of the zeolitic material. Characterization of the materials was performed using X-ray Diffraction (XRD), X-ray Fluorescence (XRF), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Thermogravimetric Analysis (DTG), and Differential Scanning Calorimetry (DSC). Subsequently, equilibrium isotherms were conducted at temperatures of 25 ºC, 35 ºC, 45 ºC, 55 ºC, 65 ºC, 75 ºC, 85 ºC, and 95 ºC, along with parameter estimation to study the adsorption mechanisms and the adsorbate/adsorbent interface. Additionally, modeling of the adsorption process for hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2) gases was carried out, using experimental data from the literature and employing analytical breakthrough curve models to describe the adsorption phenomenon in continuous flow. The results confirmed the predominant presence of kaolinite in the waste, the efficiency of the calcination process, and the formation of zeolitic material, evidenced by the mineralogical and chemical composition, as well as the cubic morphology characteristic of zeolite 4A and the spherical shapes of sodalite. Thermal analyses elucidated changes associated with water loss and phase transitions. Adsorption tests demonstrated that the produced material was effective in removing copper ions, with a maximum amount adsorbed of 782,76 mg/g at 95 ºC, indicating a good interaction between the adsorbent and the adsorbate. Furthermore, the use of Bayesian techniques for parameter estimation in isotherm and breakthrough curve models enabled a better understanding of the process dynamics. Finally, this study demonstrated the feasibility of producing zeolites from kaolin residue on a semi-pilot scale using reactional heat, offering an approach that is less harmful to the environment and reduces costs through the reuse of industrial waste and energy optimization of the process.
Palavras-chave: Adsorventes
Estimativa de Parâmetros
Poluentes
Semi piloto
Adsorbents
Parameter Estimation
Pollutants
Semi pilot
Área de Concentração: DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS INORGÂNICOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
Aparece nas coleções:Dissertações em Engenharia Química (Mestrado) - PPGEQ/ITEC

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