Recuperação de cério e lantânio de soluções sintéticas e lixiviados utilizando carvões ativados obtidos a partir de matérias primas alternativas como adsorventes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Pinheiro, Raphael Forgearini
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000pzwp
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
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.ufsm.br/handle/1/32169
Resumo: The high demand for rare earth elements (REEs) has led to a search for different alternatives to obtain them. In particular, cerium and lanthanum are highlighted due to their wide application. In this context, the use of phosphogypsum as a secondary source of these elements is promising. The literature has already shown that the leaching of REEs from phosphogypsum is possible. However, REEs must be further recovered from these leachates and, for this purpose, adsorption is a high-potential alternative. Regarding adsorption, one of the most relevant aspects is the development of efficient and low-cost adsorbents. Activated carbon is one of the most widely used adsorbents, mainly due to its excellent textural properties. In addition, this adsorbent can be obtained from various raw materials, including biomass waste. Besides representing a low-cost raw material, the use of biomass waste for activated carbon production is a good alternative to add value to it. Therefore, considering the abovementioned, the main of this work was to produce activated carbons from two alternative biomasses waste, soybean pod waste and vine pruning waste, and apply them as adsorbents for the recovery of Ce(III) and La(III) from synthetic solutions and phosphogypsum leachates. The characterization analyzes showed that both materials produced presented good textural properties, with surface areas of 614 m2 g-1 and 467 m2 g-1 for the activated carbon obtained from soybean pods and for the activated carbon obtained from vine pruning waste, respectively. Furthermore, by determining the point of zero charge, it was verified that the surface of both materials maintains a negative charge over a wide pH range. The activated carbon obtained from soybean pods presented maximum adsorption capacities of 107.7 mg g-1 and 127.2 mg g-1 for Ce(III) and La(III), respectively. On the other hand, the material obtained from grape pruning residues showed maximum adsorption capacities of 48.45 mg g-1 and 53.65 mg g-1 for Ce(III) and La(III), respectively. Regarding the adsorption mechanism, pore filling, ion exchange, and surface complexation were proposed as dominant mechanisms. Finally, both activated carbons showed a good potential for recovery of Ce(III) and La(III) from real phosphogypsum leachate.
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However, REEs must be further recovered from these leachates and, for this purpose, adsorption is a high-potential alternative. Regarding adsorption, one of the most relevant aspects is the development of efficient and low-cost adsorbents. Activated carbon is one of the most widely used adsorbents, mainly due to its excellent textural properties. In addition, this adsorbent can be obtained from various raw materials, including biomass waste. Besides representing a low-cost raw material, the use of biomass waste for activated carbon production is a good alternative to add value to it. Therefore, considering the abovementioned, the main of this work was to produce activated carbons from two alternative biomasses waste, soybean pod waste and vine pruning waste, and apply them as adsorbents for the recovery of Ce(III) and La(III) from synthetic solutions and phosphogypsum leachates. The characterization analyzes showed that both materials produced presented good textural properties, with surface areas of 614 m2 g-1 and 467 m2 g-1 for the activated carbon obtained from soybean pods and for the activated carbon obtained from vine pruning waste, respectively. Furthermore, by determining the point of zero charge, it was verified that the surface of both materials maintains a negative charge over a wide pH range. The activated carbon obtained from soybean pods presented maximum adsorption capacities of 107.7 mg g-1 and 127.2 mg g-1 for Ce(III) and La(III), respectively. On the other hand, the material obtained from grape pruning residues showed maximum adsorption capacities of 48.45 mg g-1 and 53.65 mg g-1 for Ce(III) and La(III), respectively. Regarding the adsorption mechanism, pore filling, ion exchange, and surface complexation were proposed as dominant mechanisms. Finally, both activated carbons showed a good potential for recovery of Ce(III) and La(III) from real phosphogypsum leachate.A grande demanda por elementos terras raras (REEs, do inglês rare earth elements) tem levado à busca por diferentes alternativas para obtê-los. Em particular, os elementos cério e lantânio ganham destaque devido à sua ampla aplicação. Nesse contexto, o uso do fosfogesso como uma fonte secundária desses elementos é considerado promissor. A literatura já vem demonstrando que a lixiviação de REEs a partir de fosfogesso é possível. No entanto, os REEs ainda devem ser recuperados desses lixiviados e, para essa finalidade, a adsorção é uma alternativa com alto potencial. No que tange a adsorção, um dos aspectos mais relevantes é o desenvolvimento de adsorventes eficientes e de baixo custo. O carvão ativado ainda é um dos adsorventes mais amplamente utilizados por apresentar, principalmente, excelentes propriedades texturais, além de poder ser obtido a partir de diversas matérias primas, incluindo biomassa residual. Além de representarem uma matéria-prima barata, o uso de biomassa residual para a produção de carvão ativado é uma boa alternativa para agregar valor à mesma. Portanto, considerando o exposto acima, o objetivo do presente trabalho foi produzir carvões ativados a partir de duas biomassas residuais alternativas, os resíduos da vagem da soja e os resíduos da poda da videira, e aplicá-los como adsorventes para recuperação de Ce(III) e La(III) de soluções sintéticas e lixiviados de fosfogesso. As análises de caracterização mostraram que ambos os materiais produzidos apresentaram boas propriedades texturais, com áreas superficiais de 614 m2 g-1 e 467 m2 g-1 para o carvão ativado produzido a partir de vagem de soja e para o carvão ativado obtido a partir de resíduos de poda da videira, respectivamente. Além disso, através da determinação do ponto de carga zero, foi verificado que a superfície de ambos os materiais mantém carga negativa em uma ampla faixa de pH. O carvão ativado obtido a partir de vagem de soja apresentou capacidades máximas de adsorção de 107,7 mg g-1 e 127,2 mg g-1 para Ce(III) e La(III), respectivamente. Já o material obtido de resíduos de poda da videira apresentou capacidades máximas de adsorção de 48.45 mg g-1 and 53.65 mg g-1 para Ce(III) e La(III), respectivamente. Quanto ao mecanismo de adsorção, preenchimento de poros, troca iônica e complexação de superfície foram propostos como mecanismos dominantes. Por fim, ambos os carvões ativados apresentaram um bom potencial de recuperação de Ce(III) e La(III) a partir de lixiviados reais de fosfogesso.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaDotto, Guilherme Luizhttp://lattes.cnpq.br/5412544199323879Lütke, Sabrina FrantzMallmann, Evandro StoffelsNetto, Matias SchadeckReis, Glaydson Simões dosCadaval Junior, Tito Roberto Sant’AnnaPinheiro, Raphael Forgearini2024-07-05T12:30:03Z2024-07-05T12:30:03Z2024-06-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/32169ark:/26339/001300000pzwpporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-07-05T12:30:03Zoai:repositorio.ufsm.br:1/32169Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-07-05T12:30:03Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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