A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SeverinoHSF_DISSERT.pdf: 1697537 bytes, checksum: d7338ec77a9bb83dfa28e39f146cdab3 (MD5) Previous issue date: 2014-01-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Three studies were performed using tailings kaolin for the synthesis of zeolite A. The first synthesis of zeolite A was performed using a kaolin waste generated from the beneficiation of kaolin for paper production process was studied. The kaolin waste was thermally activated at a temperature range of 550-800?C. For comparison was performed a synthesis pattern of Zeolite A(procedure IZA). The prepared materials were characterized by 27Al MAS NMR, X-ray diffraction and scanning electron microscopy with microprobe rays. The pre-tramento proved to be the most appropriate and suitable temperatures are between 600 and 700?C. Observed the formation of zeolite A in all materials, reaching 52% crystallinity, and the presence of phase sodalite and amorphous material. The second study was the use of a highly reactive metakaolin originating from the Jari region in the synthesis of zeolite A by a new method of hydrothermal synthesis. The zeolite is obtained pure and highly crystalline employing the Jari kaolin calcined at 600 ? C for 2h when the transformation to metakaolin occurs. Get to zeolite phase A at 4pm. The best crystallization time was of 24 h afforded a crystallinity of 67.9%. The third study was the evaluation of the NaOH / metakaolin and crystallization time on the synthesis of zeolite NaA from a sample of kaolin waste, named Kaolin Coverage. The experiments were performed using statistical design (axial points) and rejoinder the center point. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning microscopic analysis and chemical analysis using an EPMA microprobe. The results showed that a relationship exists between the amount of NaOH added and the crystallization time. The experiment performed using the lowest ratio NaOH / metakaolin (0.5) and shorter (4 h) produced an amorphous material. The increase ratio of NaOH / metakaolin and crystallization time leads to formation of a more crystalline NaA phase, but the presence of phase with sodalite as impurities / Tr?s estudos foram realizados empregando rejeitos de caulins para a s?ntese da ze?lita A. O primeiro a s?ntese da Ze?lita A foi realizada utilizando-se um rejeito de caulim, gerado a partir do processo de beneficiamento de caulim para produ??o de papel, foi estudada. O rejeito de caulim foi ativado termicamente em um intervalo de temperatura de 550 a 800?C. Para efeito de compara??o foi realizada uma s?ntese padr?o de Ze?lita A (procedimento da IZA). Os materiais preparados foram caracterizados por RMN-MAS de 27Al, difra??o de raios X e Microscopia eletr?nica de varredura com microsonda. O pr?-tramento mostrou-se necess?rio e as temperaturas mais adequadas foram entre 600 e 700?C. Observou-se a forma??o da ze?lita A em todos os materiais, alcan?ando-se 52% de cristalinidade, al?m da presen?a da fase sodalita e de material amorfo. O segundo estudo foi o emprego de um metacaulim altamente reativo origin?rio da regi?o do Jar? na s?ntese da Ze?lita A atrav?s de um novo m?todo de s?ntese hidrotermal. A zeolita A ? obtida pura e altamente cristalina empregando o caulim da regi?o do Jar? calcinado a 600?C por 2h quando ocorre a transforma??o para metacaulim. Obtem-se a fase zeolita A em 4h. O melhor tempo de cristaliza??o encontrado foi de 24 h que proporcionou uma cristalinidade de 67,9 %. E o terceiro estudo foi a avalia??o da rela??o de NaOH / metacaulim e tempo de cristaliza??o na s?ntese da ze?lita NaA a partir de uma amostra de rejeito de caulim, nomeado como Caulim de Cobertura. Os experimentos foram realizados utilizando planejamento estat?stico (com pontos axiais) e treplica do ponto central. As amostras obtidas foram caracterizadas por difra??o de Raios-X (DRX), an?lises microsc?picas de varredura e an?lise qu?mica utilizando-se uma microssonda EPMA. Os resultados mostraram que existe uma rela??o entre a quantidade de NaOH adicionado e o tempo de cristaliza??o. Os experimento realizados utilizando a mais baixa rela??o NaOH / metacaulim (0,5) e menor tempo (4 h) produziu um material amorfo. J? o aumento da rela??o NaOH /Metacaulim e o tempo de cristaliza??o leva a forma??o de uma fase NaA mais cristalina, mas com a presen?a da fase sodalita como impureza

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-07-16T13:34:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaGranulometriaAditivos.pdf: 1690074 bytes, checksum: 85a7de8ad7e0bb0517ffd1115117b7de (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-01T16:54:13Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaGranulometriaAditivos.pdf: 1690074 bytes, checksum: 85a7de8ad7e0bb0517ffd1115117b7de (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-01T16:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InfluenciaGranulometriaAditivos.pdf: 1690074 bytes, checksum: 85a7de8ad7e0bb0517ffd1115117b7de (MD5) Previous issue date: 2014 / Na mineração da bauxita no município de Paragominas-PA, são descartados no processo de beneficiamento rejeitos com teor de sólido de 33,5 % e granulometria muito fina com D50 abaixo de 5 μm. Esses fatores contribuem para que esta suspensão formada basicamente por silico aluminatos, com elevada concentração de argila caulinita, apresente alta viscosidade e alta tensão inicial de escoamento. Foi realizada análise granulométrica e determinadas as composições químicas e mineralógicas do material. A análise granulométrica foi feita por peneiramento a úmido e as frações finas foram determinadas pela técnica da difração a laser. A determinação da composição química foi feita por Espectrometria de Fluorescência de Raios-X, obtendo-se considerável teor de alumina aproveitável, 21, 28%. A composição mineralógica foi determinada por Difração de Raios-X (DRX), obtendo-se gibsita, hematita, quartzo e caulinita. Realizou-se a determinação dos fatores de atrito da polpa, utilizando equação para fluidos que seguem o modelo de Herschel-Bulkley e utilizando as correlações de Dodge e Metzner. Utilizou-se o viscosímetro VT550, com sensor tipo cilindros coaxiais SV1, para realizar testes de defloculação e floculação utilizando diferentes aditivos reológicos. Os aditivos utilizados foram: hexametafosfato de sódio, hidroxamato, sulfato de alumínio, poliacrilato de sódio e poliacrilamida 25% aniônica. A programação foi taxa de cisalhamento de 100 s-1, tempo de 20s e temperatura de 32ºC. Os defloculantes podem ser utilizados para melhorar o processo de bombeamento e os floculantes podem ser utilizados como auxiliadores no processo de sedimentação nos espessadores, auxiliando no processo de separação sólido-líquido. Foram realizadas ainda, análises de viscosidade em polpas com diferentes pH e em amostras passante a 400# Tyler, com o objetivo de avaliar se a granulometria e o pH influenciavam no comportamento dos aditivos. Pelo estudo observou-se que a granulometria e o pH influenciam no comportamento dos aditivos, pois quanto menor a granulometria mais eficiente é a atuação do aditivo e o seu comportamento como floculante ou defloculante está condicionado ao ajuste do pH. / In the bauxite mining in Parogominas-PA city, tailings are discarded in the processing with 33,5% of solids content and small granulometry with D50 below 5 μm. These factors contribute to this suspension basically formed by sílico aluminates, with high concentrations of kaolinite clay, have high viscosity and high initial tension flow. It was performed granulometric analysis and determined the chemical and mineralogical composition of the material. The granulometric analysis was made by wet sieving and the small particles were determined by laser diffraction. The determination of the chemical composition was made by Fluorescence Spectrometry X-ray, identifying considerable amounts of alumina available, 21,28%. The mineralogical composition was determined by X-ray diffraction (XRD), obtaining gibbsite, hematite, quartz and kaolinite. It was performed the determination of the friction factors pulp, using equation to fluids that have Herschel-Bulkley behavior and using the Dodge and Metzner correlations. It was used VT550 viscosimeter, with coaxial cylinder sensorSV1, to make defloculation and flocculation test using different rheological additives. The additives used were: sodium hexametaphosphate, hydroxamate, aluminum sulphate, sodium polyacrylate and 25% anionic polyacrylamide. The trials were realized in shear rate of 100 s-1, time 20s and temperature of 32ºC.It was performed also, analysis of viscosity of pulps with different pH and in samples less 38μm (400# Tyler), with the objective of evaluate how the particle size and pH influenced in the behavior of additives. The study showed that particle size and pH influence on the behavior of additives, because if the particle size is very small better is the behavior of the additive. The behaviors of the additives as flocculation or defloculation depend of the pH.

A mineração altera as condições ambientais naturais. Uma alternativa estudada para a recuperação de áreas degradadas é o uso de lodo de esgoto (LE) gerado por estações de tratamento de esgoto (ETE). Desse modo, o presente trabalho avaliou o uso integrado de rejeito de mineração de basalto (RM) e resíduo de saneamento (lodo de esgoto) como substituto ao uso de solo de cobertura (SC) durante a recuperação ambiental de pedreiras. Um experimento ex situ foi montado no Centro de Tecnologia/UFRGS, conferindo-se a adição de LE ou SC a RM e comparado à utilização de SC por meio de análises de fertilidade de solos e plantio de gramínea (Avena strigosa) como variáveis respostas. Amostras de RM e de SC foram obtidas em pedreira de basalto em Novo Hamburgo-RS e o LE, em uma ETE no mesmo município. Inicialmente RM, SC e LE foram caracterizados em termos de teor de matéria orgânica (MO) para definição dos tratamentos. O LE foi caracterizado conforme CONAMA 375/2006. O delineamento experimental consistiu em 5 tratamentos (misturas) e 5 blocos: (A) RM (0,1% MO), (B) RM + LE (1,8% MO), (C) RM + SC (1,8% MO), (D) SC (3,2% MO) e (E) RM + LE (3,2% MO) Os tratamentos foram submetidos à caracterização química (pH, macro e micronutrientes) e granulometria. Paralelamente, semeou-se aveia preta (Avena strigosa) a qual foi coletada, seca e pesada durante a conclusão do ciclo vegetativo; a massa seca e o teor de nutrientes em tecido foliar foram comparados. Resultados mostram baixo teor de MO em RM (0,1%), diferentemente do SC (3,2%) e do LE (15,1%). O LE cumpre os parâmetros impostos pela legislação. A granulometria dos tratamentos A, B e E, foi caracterizada como arenosa e dos tratamentos C e D como média. As misturas com RM + LE com 1,8 e 3,2% de MO apresentaram níveis adequados de pH, micro e macronutrientes, o que refletiu na maior produção de matéria seca e teores de nutrientes no tecido foliar dos tratamentos B e E. Verificou-se que a mistura de LE e RM possui vantagens em termos de produção de matéria seca quando comparado ao SC, mostrando que o uso integrado de LE e de RM, na forma proposta, pode ser usado como material substituto ao uso de SC para recuperação de áreas degradadas, contribuindo ainda, na disposição final destes materiais. / Mining impacts natural environmental conditions. A widely studied alternative to address environmental restoration in degraded areas is the use of sewage sludge (LE), which is a byproduct of urban sewage treatment plant (ETE). In this context, the present study evaluated the integrated use of basalt quarry waste (RM) and sewage sludge (LE) as a substitute for natural soils (SC) during quarry environmental restoration. An ex situ experiment was installed at the Technology Center of UFRGS in which LE or SC where mixed to RM and compared to the use of SC through soil fertility analysis and grass growth (Avena strigosa) as dependent variables. RM and SC samples were collected at a basalt quarry in the city of Novo Hamburgo-RS, and LE at an ETE in the same city. Initially, RM, SC and LE were characterized in terms of organic matter content (MO) which was used for the definition of treatments. The LE was characterized according to CONAMA 375/2006. A completely randomized design experiment was used, including five treatments (mixtures) and five blocks: (A) RM (0.1% MO), (B) RM + LE (1.8% MO), (C) RM + SC (1.8% MO), (D) SC (3.2% MO) e (E) RM + LE (3,2% MO) Chemical (pH, macro and micronutrients) and particle size distribution characterization analysis were performed in all soil mixture treatments. In parallel, black oat (Avena strigosa) was sown in all treatments which was cut, dried and weight near to its vegetative cycle conclusion; dry mass production and nutrients in plant tissue were compared. Results showed low MO in RM (0.1%) differently from SC (3.2%) and LE (15.1%). LE is in accordance with CONAMA legislation. Texture of treatments A, B and E was characterized as coarse and in treatments C and D as medium. Mixtures containing RM + LE with 1.8% and 3.2% MO had adequate pH and micro and macronutrient content, what is supported by the highest dry mass production in the B and E treatments. It was verified that the addition of LE to the RM leads to better outcomes in terms of dry mass production when compared to SC. Results show that as proposed, the integrated use of LE and RM can be used as an alternative for SC use in environmental restoration, also contributing to these materials’ disposal.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-01-26T14:03:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PreparacaoSuportesMicro.pdf: 1068522 bytes, checksum: 5efdae2f5d549f6d1eae3f4d46a0c3c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-27T13:35:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PreparacaoSuportesMicro.pdf: 1068522 bytes, checksum: 5efdae2f5d549f6d1eae3f4d46a0c3c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-27T13:35:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PreparacaoSuportesMicro.pdf: 1068522 bytes, checksum: 5efdae2f5d549f6d1eae3f4d46a0c3c3 (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / O presente trabalho teve como objetivo preparar e caracterizar catalisadores heterogêneos utilizando enzimas imobilizadas nos suportes MCM-41 e metacaulim. Os suportes foram funcionalizados com APTES (uma amina) para aplicação na reação de esterificação do ácido oleico com metanol, para produção de éster. A caracterização do catalisador foi feita por DRX, IV-TF, fisissorção de N2 e espectrometria de UV. Os resultados apontaram que o MCM-41 foi efetivamente funcionalizado e que as enzimas foram imobilizadas, no entanto, houve perda parcial do arranjo hexagonal desse suporte, enquanto que, para o metacaulim, tanto a funcionalização quanto a imobilização não ocorreram de forma satisfatória. Através da espectrometria de UV, foi verificado que em torno de 80% das enzimas foram efetivamente imobilizadas em MCM-41. Esse biocatalisador (heterogêneo) foi testado na esterificação do ácido oléico (razão molar para ácido oleico/metanol foi de 1:15), à temperatura de 30ºC (100 rpm), durante 12h. A conversão obtida através do biocatalisador foi de 52% da massa de ácido em éster, indicando que há viabilidade quanto à utilização da MCM-41 funcionalizado com amina, para a imobilização de lipase, pois atividade catalítica das enzimas foi preservada. Quanto ao metacaulim, os resultados apontaram que, a pesar de ter ocorrido, inicialmente, alguma ligação das enzimas ao metacaulim funcionalizado, a espectrometria de UV apontou que a ancoragem das enzimas não foi eficaz, no decorrer de 4h, no entanto, novas abordagens metodológicas para esse material poderão ser aplicadas para garantir a funcionalização e imobilização eficazes. / This study aimed to prepare and characterize heterogeneous catalysts using immobilized enzymes in MCM-41 supports and metakaolin. The supports were functionalized with APTES (an amine) for application to the oleic acid esterification reaction with methanol to produce ester. The characterization of the catalyst was made by XRD, FT-IR, physisorption of N2 and spectrometry of UV. The results show that MCM-41 has been effectively functionalized and immobilized enzymes were, however, there was a partial loss of the hexagonal array of such support, while for metakaolin, both functionalization as immobilization did not occur satisfactorily. Using UV spectrometry, it was found that around 80% of the enzymes were effectively immobilized on MCM-41. This biocatalyst (heterogeneous) was tested in the esterification of oleic acid (molar ratio to oleic acid / methanol was 1:15), at a temperature of 30 °C (100 rpm) for 12h. The obtained conversion was 52% of acid mass to ester, indicating that there viability on the use of MCM-41 amine functionalized for the immobilization of lipase, since catalytic activity of the enzyme was preserved. As for metakaolin, the results showed that, despite having been initially some connection enzymes to metakaolin functionalized, UV spectrometry showed that the anchoring enzyme was not effective in the course of 4 hours, however, new methodological approaches to this material may be applied to ensure the efficient functionalization and immobilization.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-03T12:06:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoProcessoSintese.pdf: 17206686 bytes, checksum: 8d9f34ece907e3a89603009bcc836046 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-07T16:37:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoProcessoSintese.pdf: 17206686 bytes, checksum: 8d9f34ece907e3a89603009bcc836046 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T16:37:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoProcessoSintese.pdf: 17206686 bytes, checksum: 8d9f34ece907e3a89603009bcc836046 (MD5) Previous issue date: 2014-08-22 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Em todo mundo milhões de toneladas de resíduos inorgânicos são produzidos a cada dia em atividades de mineração e beneficiamento mineral. Estes resíduos são armazenados em bacias de sedimentação ou descartados em aterros e, muito comumente são jogados diretamente no meio ambiente, sem qualquer processo de tratamento. Todavia, alternativas de reciclagem e/ou reutilização devem ser investigadas e, sempre que possível. Este trabalho mostra estudos realizados, visando a reutilização do resíduo de caulim da Amazônia, proveniente de uma empresa de beneficiamento de caulim para cobertura de papel. Para a síntese da zeólita A nos processos hidrotérmicos estático e dinâmico, utilizou-se como o fonte de silício e alumínio o resíduo de caulim, que passou pelo processo de calcinação em mufla a 600°C para obtenção do metacaulim; e como fonte de sódio optou-se por uma solução de hidróxido de sódio 5M. No processo estático utilizou-se autoclaves de aço inoxidável, em estufa a temperatura de 110°C, utilizando 1,75g de metacaulim, variando os tempos de síntese e a massa de hidróxido de sódio e no processo dinâmico utilizou-se 100g de metacaulim, massa de 34,5g de hidróxido de sódio; a temperatura de 95°C em sistema de agitação, variando os tempos de síntese, a fim de determinar as condições ideais na síntese da zeólita A no processo. Os materiais de partidas e os produtos zeolíticos obtidos nas sínteses foram caracterizados através: difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise térmica diferencial e termogravimétrica (ATG/TG), fluorescência de raios-X (FRX) e análise granulométrica. Há possibilidade do aumento de escala, pois obteve zeólita A, no processo dinâmico no tempo de 30 min. Os dados dos ensaios de adsorção determinados, pela técnica iodométrica de Cobre em ligas metálicas e minerais e ajustados pelos modelos de Langmuir e Freundlich sugerem que os materiais zeolíticos estático e dinâmico apresentam boa capacidade adsortiva atingido eficiência de 95% para concentrações na faixa de 50 a 100 mg/L, demonstrando assim, que os referidos materiais são uma alternativa eficiente e de baixo custo quando utilizados para a remoção de metais pesados, no caso do cobre, no tratamento de efluentes industriais. / Around the world millions of tons of inorganic waste are produced every day in mining and mineral processing. These wastes are stored in sedimentation basins or discarded in landfills, and very often are thrown directly into the environment without any treatment process. However, alternative recycling and/or reuse should be investigated and, where possible. This work shows studies in order to reuse the kaolin waste from Amazon, from a kaolin processing company for paper covering. For the synthesis of the zeolite in static and dynamic hydrothermal processes, was used as the silicon source and the aluminum kaolin waste, which passed through the calcination procedure in a muffle at 600°C to obtain metakaolin; and as sodium source chose to 5M sodium hydroxide solution. In the static method was used stainless steel autoclaves, in an oven at 110°C, using 1,75g of metakaolin, varying the time of synthesis and the mass of sodium hydroxide and the dynamic process, we used 100g of metakaolin, mass 34,5g sodium hydroxide; at 95°C under stirring system, varying the time of synthesis, in order to determine the optimal conditions in the synthesis of the zeolite in the process. Matches materials and zeolitic products obtained in the syntheses were characterized by: X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential thermal analysis and thermogravimetric (DTA/TG), X-ray fluorescence (XRF) and particle size analysis. There is the possibility of scale-up, since the zeolite obtained, the dynamic process in time of 30 min. Data from adsorption experiments determined by iodometric technique copper alloys and metal and minerals, adjusted by Langmuir and Freundlich suggest that the static and dynamic zeolitic materials have good adsorptive capacity reached 95% efficiency for concentrations in the range of 50 to 100mg/L, thereby demonstrating that these materials are efficient and cost effective alternative when used for the removal of heavy metals, in the case of copper, the treatment of industrial effluents.

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A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndreMO_DISSERT.pdf: 1092497 bytes, checksum: 58516c6688820fdb0dbf9a4c3e12b9a2 (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The brackish waters may represent a great potential in agricultural production profitable, depending on the adoption of proper cultural practices and the crop tolerance to salinity. Hydroponic systems can contribute to the production of vegetables when you use lower quality water, because the saturation state of the plants are subjected, enables increased tolerance of the same salinity. However, studies to be conducted in order to increase information about the use of brackish water in hydroponic systems, and also looking for information on levels of crop response to salinity are of fundamental importance to improve investment yields in hydroponics, especially in the Northeast Brazil. Given the lack of information for the crops of melons and tomatoes hydroponically, the objective was to investigate the potential use of brackish water and desalinator in such cultures. Two experiments were conducted with two melons and tomatoes in open hydroponic system in the greenhouse of the Universidade Federal Rural do Semi-arido (UFERSA) in Mossoró-RN. We evaluated the melon (Cucumis melo L.), cantaloupe, the AF 015, in terms of growth and production, the first experiment using saline waste with different levels of salinity throughout the cycle, and the second experiment the melon crop exposed to salt stress at different stages. The third and fourth experiments the culture was evaluated tomato (Lycopersicon esculentum L.), cherry, and tomato cultivar Fern Group Santa Cruz, Kada Gigante cultivar, respectively, using water desalinator in the nutrient solution in different dilutions, and latter at different stages of implementation. We used three different sources of water. The drinking water came from the public supply system that supplies the campus UFERSA. The brackish water was obtained from deep artesian well located in the Departmento de Ciências Ambientais of UFERSA. Already the desalination reject water was collected in the community Puxa Boi, located in Mossoró, RN. For the four experiments, we used a hydroponic system equipped with pots filled with coconut fiber, in which each vessel representing a separate plot. The application of brackish water and desalinator the nutrient solution of higher electrical conductivity, caused reductions in the growth and production of both the melon and tomato, but with no death of plants, showing the strength of the same water salinity this cropping system. It was also observed that at lower levels of salts, ie at higher dilutions with water supply, little or no significant difference was observed in the data collected. What can be considered as a viable alternative to the use of lower quality water when applied at dilutions of nutrient solution via hydroponic cultivation. / As águas salobras podem representar grande potencial na produção agrícola rentável, dependendo da adoção de práticas culturais adequadas, bem como da tolerância da cultura à salinidade. Os sistemas hidropônicos podem contribuir na produção de hortaliças quando se utiliza água de qualidade inferior, pois o estado de saturação que as plantas estão submetidas, possibilita o aumento da tolerância das mesmas à salinidade. Contudo, estudos a ser realizados visando o aumento de informações sobre o uso de águas salobras em hidropônia, e também buscando informações sobre os níveis de resposta das culturas a salinidade, são de fundamental importância para aperfeiçoar os investimentos em produções hidropônicas, principalmente na região nordeste do Brasil. Tendo em vista a falta de informação para as culturas do melão e tomate hidropônico, o objetivo deste trabalho foi averiguar o potencial de utilização de águas salobras e de rejeito de dessalinizador em tais culturas. Foram realizados dois experimentos com melão e dois com tomate, em sistema hidropônico aberto dentro de casa de vegetação no Campus da Universidade Federal Rural do Semi-árido (UFERSA) em Mossoró-RN. Foi avaliado o comportamento do meloeiro (Cucumis melo L.) do tipo cantaloupe, cultivar AF 015, sob os aspectos de crescimento e produção, sendo o primeiro experimento utilizando rejeito salino com diferentes níveis de salinidade, ao longo de todo o ciclo, e o segundo experimento a cultura do melão exposta a condições de estresse salino em diferentes estádios. O terceiro e quarto experimentos a cultura avaliada foi o tomate (Lycopersicon esculentum L.) do grupo cereja, cultivar Samambaia e o tomate do grupo Santa Cruz, cultivar Kada Gigante, respectivamente, utilizando água de rejeito de dessalinizador na solução nutritiva em diferentes diluições, sendo este último em diferentes épocas de aplicação. Foram utilizadas três fontes diferentes de água. A água potável era proveniente do sistema de abastecimento público que abastece o campus da UFERSA. A água salobra, era obtida do poço artesiano profundo localizado no Departamento de Ciências Vegetais da UFERSA. Já a água de rejeito do dessalinizador era coletada na comunidade Puxa Boi, localizada em Mossoró, RN. Para os quatro experimentos realizados, utilizou-se um sistema hidropônico dotado de vasos preenchidos com fibra de coco, em que cada vaso representava uma parcela independente. A aplicação de água salobra e de rejeito de dessalinizador na solução nutritiva de maiores condutividades elétricas, provocou reduções nos parâmetros crescimento e de produção, tanto do melão quanto do tomate, contudo sem haver morte de plantas, evidenciando a resistência das mesmas a salinidade da água nesse sistema de cultivo. Foi observado, também, que nos menores níveis de sais, isto é, nas maiores diluições com água de abastecimento, pouco ou quase nenhuma diferença significativa foi observada nos dados coletados. O que pode ser considerado como alternativa viável na utilização das águas de qualidade inferiores quando aplicadas em diluições de solução nutritiva via sistema hidropônico de cultivo.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.