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Reciclagem verde de níquel e terras raras de ânodos de baterias exauridas de Ni-MH e suas aplicações como pseudocapacitores e fotocatalisadores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Boasquevisque, Leonardo Mongin
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Química
Centro de Ciências Exatas
UFES
Programa de Pós-Graduação em Química
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/16506
Resumo: In this work, a hydrometallurgical and environmentally friendly process was used to recycle Ni-MH battery anodes with the objective of synthesizing new materials based on mixed oxides of nickel, cobalt, manganese and lanthanides, which applications were studied as electrochemical capacitors and photocatalysts. The predominant metallic alloy in the anode was identified through XRD. Tartaric acid and acetic acid were used as leaching agents for metals in the anode. Metal concentrations in leach solutions were determined by ICP-OES. Metal tartrate and acetate salts (precursor materials) were characterized by FTIR, TG, and DTG. These analyzes showed the complexation of leaching agents with metals, and that their thermal decomposition occurs at up to 500 ºC. The calcination of the precursor materials at different temperatures originated the oxides T500, T700, T900, A500, A700 and A900. The oxides were characterized using XRD, FTIR, SEM and EDS techniques. The techniques of cyclic voltammetry, galvanostatic chronopotentiometry and electrochemical impedance spectroscopy were used to study the electrochemical properties in basic medium of the produced materials, and it was shown that they behave like electric double layer capacitors and have specific capacitance values of up to 28 F∙g-1 , which decreases as the synthesis temperature increases. The electrical and diffusional resistances of the oxides increased according to the calcination temperature, in agreement with the increase in particle size shown by XRD. The synthesized oxides were used as catalysts in the decolorization process of methylene blue solutions in the presence of H2O2 under ultraviolet radiation. Photocatalysis tests showed that it is possible to decolorize more than 90% of methylene blue in up to 60 min, reaching 96% in 150 min, against a maximum of 80% in 150 min in the noncatalyzed reaction. Photocatalysis was favored by a more acidic condition, while photolysis was favored by a more alkaline condition. It was proposed that the catalyzed reaction with the studied materials follows a pseudo-first order kinetics.
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These analyzes showed the complexation of leaching agents with metals, and that their thermal decomposition occurs at up to 500 ºC. The calcination of the precursor materials at different temperatures originated the oxides T500, T700, T900, A500, A700 and A900. The oxides were characterized using XRD, FTIR, SEM and EDS techniques. The techniques of cyclic voltammetry, galvanostatic chronopotentiometry and electrochemical impedance spectroscopy were used to study the electrochemical properties in basic medium of the produced materials, and it was shown that they behave like electric double layer capacitors and have specific capacitance values of up to 28 F∙g-1 , which decreases as the synthesis temperature increases. The electrical and diffusional resistances of the oxides increased according to the calcination temperature, in agreement with the increase in particle size shown by XRD. The synthesized oxides were used as catalysts in the decolorization process of methylene blue solutions in the presence of H2O2 under ultraviolet radiation. Photocatalysis tests showed that it is possible to decolorize more than 90% of methylene blue in up to 60 min, reaching 96% in 150 min, against a maximum of 80% in 150 min in the noncatalyzed reaction. Photocatalysis was favored by a more acidic condition, while photolysis was favored by a more alkaline condition. It was proposed that the catalyzed reaction with the studied materials follows a pseudo-first order kinetics.Neste trabalho utilizou-se um processo hidrometalúrgico e ambientalmente favorável para a reciclagem de ânodos de baterias do tipo Ni-MH, com o objetivo de sintetizar novos materiais baseados em óxidos mistos de níquel, cobalto, manganês e lantanídeos, cujas aplicações estudadas foram a de capacitor eletroquímico e a de fotocatalisador. A liga metálica predominante no ânodo foi identificada por meio de DRX. Utilizaram-se o ácido tartárico e o ácido acético como agentes lixiviantes dos metais do ânodo. Determinaram-se as concentrações dos metais nas soluções de lixiviação por ICP-OES. Caracterizaram-se os sais tartaratos e acetatos metálicos (materiais precursores) por meio de FTIR, TG e DTG. Estas análises mostraram a complexação dos agentes lixiviantes com os metais, e que a decomposição térmica dos sais tartaratos e acetatos ocorre em até 500 ºC. A calcinação dos materiais precursores, em diferentes temperaturas, originou os óxidos T500, T700, T900, A500, A700 e A900. Os óxidos foram caracterizados por meio das técnicas de DRX, FTIR, MEV e EDS. Utilizaram-se as técnicas de voltametria cíclica, cronopotenciometria galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica para o estudo das propriedades eletroquímicas em meio básico dos materiais produzidos, e mostrou-se que eles possuem comportamento de capacitores de dupla camada elétrica e valores de capacitância específica de até 28 F∙g-1 , que diminui conforme o aumento da temperatura de síntese. As resistências elétricas e difusionais dos óxidos aumentaram conforme a temperatura de calcinação, em concordância com o aumento de tamanho de partícula mostrado pela DRX. Os óxidos sintetizados foram utilizados como catalisadores no processo de descoloração do azul de metileno na presença de H2O2 sob radiação ultravioleta. Os ensaios de fotocatálise mostraram que é possível descolorir mais de 90% do azul de metileno em até 60 min, chegando a 96% em 150 min, contra um máximo de 80% em 150 min na reação não catalisada. A fotocatálise foi favorecida pela condição de maior acidez no meio, enquanto a fotólise foi favorecida pela condição mais alcalina. Propôs-se que a reação catalisada com os materiais estudados segue uma cinética de pseudo-primeira ordem.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em QuímicaCentro de Ciências ExatasUFESPrograma de Pós-Graduação em QuímicaFreitas, Marcos Benedito José Geraldo dehttps://orcid.org/0000-0003-1521-774Xhttp://lattes.cnpq.br/3485939623614913https://orcid.org/0000000173100254http://lattes.cnpq.br/5452462085108073Machado, Marta Albuquerquehttps://orcid.org/0000-0001-8335-3351http://lattes.cnpq.br/5991893415892784Dixini, Pedro Vitor Morbachhttps://orcid.org/0000-0002-2504-3176http://lattes.cnpq.br/2789595746682398Boasquevisque, Leonardo Mongin2024-05-30T01:41:04Z2024-05-30T01:41:04Z2022-12-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16506porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-02-10T08:04:16Zoai:repositorio.ufes.br:10/16506Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-02-10T08:04:16Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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