doctoralThesis
Peneiras moleculares do tipo MCM-41 incorporadas com nióbio e tântalo obtidos a partir do beneficiamento de mineral columbita para remoção de corante azul de metileno
Niobium and tantalum containing molecular sieves type MCM-41 from columbite ore processing and their application in methylene blue dye adsorption
Registro en:
OLIVEIRA, Tiago Fernandes de. Peneiras moleculares do tipo MCM-41 incorporadas com nióbio e tântalo obtidos a partir do beneficiamento de mineral columbita para remoção de corante azul de metileno. 2021. 156f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.
Autor
Oliveira, Tiago Fernandes de
Resumen
The intense human activity, the population growth and the adverse effects of climate
changes have impacted the planet's water supply, especially in the poorest countries. This is
mainly due to the lack of rainfall and the contamination of water bodies by organic and
inorganic pollutants, such as dye effluents from various industrial activities. Adsorption
processes have been shown to be an economically advantageous alternative in the treatment of
these wastewater. This work aimed to study the synthesis of MCM-41 type mesoporous
molecular sieves modified with the inclusion of niobium and tantalum atoms from the
hydrometallurgical processing of columbite ore, varying the molar ratio Si/M = 15, 30 and 60
(M = Nb and Ta). The materials obtained were characterized by XRD, SEM, TEM, FTIR, N2
adsorption and diffuse UV/vis reflectance, and the replacement of silicon atoms in the MCM41 structure by Nb and Ta atoms was demonstrated, with no prejudice to the characteristic
hexagonal ordering of these materials. The molecular sieves were used as adsorbents to remove
Methylene Blue dye. The effect of pH, adsorbent dosage and initial dye concentration on
removal were evaluated. The adsorption kinetics and the equilibrium isotherm models showed
a good fit of the experimental data to the pseudo-second order and Freundlich models,
respectively, indicating the heterogeneity in the surface of these adsorbents. Furthermore,
thermodynamic parameters indicated a spontaneous endothermic process. The materials
obtained proved to be promising adsorbents for MB removal at pH=10, reaching high removal
percentages (>99%) even in short contact times. A intensa atividade humana, o aumento populacional e os efeitos adversos das
mudanças climáticas têm impactado a oferta de água no planeta, sobretudo nos países mais
pobres. Isso ocorre em função, principalmente, da escassez de chuvas e da contaminação de
corpos d’água por poluentes orgânicos e inorgânicos, como os efluentes de corantes oriundos
de diversas atividades industriais. Processos de adsorção têm se mostrado uma alternativa
economicamente vantajosa no tratamento desses rejeitos. Este trabalho se propôs a estudar a
síntese de peneiras moleculares mesoporosas do tipo MCM-41 modificadas com a inclusão de
átomos de nióbio e tântalo provenientes do processamento hidrometalúrgico do mineral
columbita, variando-se a razão molar Si/M = 15, 30 e 60 (M = Nb e Ta). Os materiais obtidos
foram caracterizados por DRX, MEV, MET, FTIR, adsorção de N2 e reflectância difusa de
UV/vis, e ficou demonstrada a substituição de átomos de silício na estrutura da MCM-41 por
átomos de Nb e Ta, sem prejuízos ao ordenamento hexagonal característico destes materiais.
As peneiras foram utilizadas como adsorventes na remoção de corante Azul de Metileno. O
efeito do pH, da dosagem de adsorvente e da concentração inicial do corante na remoção foram
avaliados. A cinética de adsorção e os modelos de isotermas de equilíbrio mostraram um bom
ajuste dos dados experimentais aos modelos de pseudo-segunda ordem e de Freundlich,
respectivamente, indicando a heterogeneidade na superfície destes adsorventes. Além disso,
parâmetros termodinâmicos indicaram um processo endotérmico espontâneo. Os materiais
obtidos se mostraram adsorventes promissores na remoção do AM em pH=10, alcançando-se
elevados percentuais de remoção (>99%) mesmo em curtos tempos de contato. 2023-01-07