A combustão do carvão para a produção de energia elétrica tem como consequência a geração de cinzas, que é um dos maiores resíduos gerados no Brasil, em termos de volume (4.109 dm³/ano). Visando a minimização do impacto ambiental causado pelo mau descarte das cinzas, este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar zeólitas obtidas a partir de cinza de carvão e aplicar na agricultura como fertilizante potássico. Para isso a cinza utilizada foi obtida no combustor piloto de leito fluidizado operando com carvão da Mina do Leão/RS e empregada para sintetizar material zeolítico a partir do tratamento hidrotérmico alcalino. Foram realizados ensaios experimentais utilizando razão solução/cinzas constante em 6 L mg-1, variando a concentração de hidróxido de potássio (KOH) entre 3 e 5 M, a temperatura entre 100 e 150 ºC e o tempo de reação entre 24 e 72 h. O material sintetizado e a cinza foram caracterizados quanto a sua composição química, mineralógica, morfologia, área superficial específica e capacidade de troca catiônica. Através da caracterização foi observada a formação de duas fases zeolíticas, a chabazita-K e a merlinoíta. A partir da caracterização do material, foi escolhido um dos produtos zeolíticos obtidos para aplicação em solo, como fertilizante de potássio para o cultivo de trigo (Triticum aestivum L.). A condição experimental escolhida foi de 5 M a concentração da solução de KOH, temperatura de 150 ºC e tempo de reação de 24 h. Nesta condição obteve-se apenas uma fase zeolítica identificada, a zeólita merlinoíta, com uma área superficial de 23,37 m² g e uma capacidade de troca catiônica (CTC) de 2,62 meq g 1. Para fins de comparação foi utilizado o fertilizante comercial, cloreto de potássio (KCl), que contém em torno de 60 % de K2O. Foram realizados 35 ensaios experimentais em casa de vegetação da EMBRAPA, utilizando 7 tratamentos (3 doses diferentes de KCl e zeólita 50, 100 e 150 % da dose máxima recomendada e o solo não tratado (testemunha)) em 5 blocos aleatórios. Os experimentos na casa de vegetação foram concluídos com 59 dias de cultivo de trigo e submetidos às análises como determinação da produção de matéria seca da parte aérea e raízes das plantas e análise química do solo e tecido foliar. Verificou-se que a zeólita merlinoíta obtida a partir da cinza de carvão pode ser utilizada como fertilizante, pois teve um desempenho similar ao KCl no crescimento do trigo, não inibindo seu crescimento. Utilizando o tratamento com zeólita 100 % a produção de matéria seca da parte aérea foi de 1,07 ± 0,09 g e raízes 1,6 ± 0,23 g e na análise do tecido foliar teve uma absorção de 3,39 ± 0,31. / Coal combustion for electricity production results in the generation of ash, which is one of the main waste generated in Brazil in terms of volume. Intending the minimization of the environmental impact caused by poor disposal of ashes, this study aimed to synthesize and characterize zeolites obtained from coal ash and apply in agriculture as potassium fertilizer. For this purpose, coal fly ash was obtained from a fluidized bed pilot combustor operating with coal from Mina do Leão/RS and used to synthesize zeolitic material through the alkaline hydrothermal treatment. Experimental tests were performed using the ratio volume of solution/mass of coal fly ash constant at 6 mL mg -1, varying the concentration of potassium hydroxide (KOH) between 3 and 5 M, temperature between 100 and 150 °C and reaction time between 24 and 72 h. The synthesized and coal fly ash material was characterized by their chemical composition, mineralogy, morphology, specific surface area and cation exchange capacity. With the characterization, it was observed the formation of two phases zeolite K-chabazite and merlinoite. By the characterization of the material, it was chosen one of the zeolitic products obtained for application to soil as a potassium fertilizer for the cultivation of wheat (Triticum aestivum L.). The chosen experimental condition was 5 M KOH solution, temperature of 150 °C and 24 h time of reaction. At this condition, only one zeolitic phase was identified, zeolite merlinoite, with a surface area of 23.37 m² g a cation exchange capacity (CEC) of 2.62 meq g-1. For purposes of comparison, the tests in the soil were performed using also a commercial fertilizer, potassium chloride (KCl), containing about 60 % of K2O. A total of 35 experimental trials were carried out in a greenhouse at EMBRAPA, using 7 treatments in 5 random blocks: 50, 100 and 150 % of the maximum recommended dose for KCl and for zeolite and untreated soil (witness). The experiments in the greenhouse were concluded with 59 days of wheat cultivation. The plants were submitted to analysis for dry matter in aerial parts and roots determination. Likewise, soil and foliar tissue were submitted to chemical analysis. It was found that the zeolite Merlinoite obtained from the coal fly ash can be used as a fertilizer because it had a similar performance to KCl in the wheat growth. The treatment with 100% zeolite presented a dry matter production of 1.07 ± 0.09 g for aerial parts and 1.6 ± 0.23 g for roots. Also, the leaf tissue analysis showed a potassium absorption of 3.39 ± 0.31 % m/m in this treatment.

Cinzas oriundas da combustão de carvão são resíduos produzidos no processo de geração de energia em termoelétricas. Esses resíduos industriais podem ser aproveitados como matéria prima para síntese de zeólitas, as quais são materiais aluminossilicatos porosos com importantes aplicações, como adsorventes no tratamento de efluentes líquidos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi sintetizar zeólitas a partir de três diferentes cinzas de carvão e utilizá-las na remoção de corante violeta cristal em soluções aquosas via processo de adsorção. Para isso, foram sintetizadas zeólitas denominadas ZP, ZF e ZFD a partir de três diferentes cinzas de carvão, sendo elas, respectivamente: cinzas de carvão de combustão em leito pulverizado, de combustão em planta piloto de leito fluidizado e de combustão em planta piloto de leito fluidizado utilizando processo de dessulfuração interna. A síntese foi feita pelo método hidrotérmico, utilizando NaOH 3 mol L-1 como agente mineralizante, relação líquido/sólido (L/S) igual a 6 e tempo de reação de 24 h a 100 °C. Os materiais obtidos foram submetidos à caracterização física, química e morfológica, nas quais foi observada a formação de três diferentes fases zeolíticas (zeólitas P, X e sodalita) nas amostras ZF e ZFD, e uma única fase (zeólita P) na amostra ZP. Os valores de área superficial BET encontrados foram de 17, 35 e 40 m2 g-1 para as zeólitas ZP, ZFD e ZF, respectivamente, com tamanho de poros na faixa de 3 a 4 nm para os três materiais. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) ficaram entre 2,07 e 2,85 meq NH4 + g-1. Posteriormente foram realizados ensaios de adsorção do corante em que foi avaliada a influência do pH, tempo de contato e concentração de sólido adsorvente. Ainda, foram construídas isotermas de adsorção para esses sistemas e os modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich e BET modificado foram ajustados aos dados experimentais. Os resultados mostraram que a maior eficiência foi obtida pela zeólita ZF, alcançando máxima remoção de corante de 85 % nos estudos do efeito do tempo de contato, e as melhores condições experimentais obtidas foram de 60 min e 15 g L-1 de concentração de sólido adsorvente. O modelo de isotermas que melhor se ajustou aos dados experimentais foi BET modificado, com R2 = 0,9894. A síntese de zeólita a partir de cinzas de carvão mostrou potencial na produção de um adsorvente alternativo para remoção do corante violeta cristal de águas contaminadas, contribuindo também para a diminuição do impacto ambiental das atividades de combustão de carvão. / Ashes from coal combustion are waste produced in the process of power generation in thermoelectric. These industrial wastes can be used as raw material for zeolite synthesis, which are porous aluminosilicate with important applications, such as adsorbents in the treatment of liquid effluents. The objective of this study was to synthesize zeolites from three different coal ash and apply it in crystal violet dye adsorption processes in aqueous solution. Thereunto, zeolites called ZP, ZF e ZFD were synthesized from the three different coal ashes, as so, respectively: coal ashes from powdered bed combustion, from combustion in a fluidized bed pilot plant and from combustion in a fluidized bed pilot plant with internal desulphurization. The synthesis was carried by hydrothermal method, using NaOH 3 mol L-1 as the mineralizing agent, the liquid/solid ratio (L/S) equal to 6 and 24 hours reaction time at 100 ° C. The materials were subjected to physical, chemical and morphological characterization and it was observed the formation of three different zeolite phases (zeolites P, X and sodalite) in the sample ZF and ZFD, and a single phase (zeolite P) in ZP sample. The BET surface area values were 17, 35 and 40 m2 g-1 to ZP, ZFD and ZF zeolites, respectively, with pore size in the range of 3 to 4 nm for all three materials. The values of cation exchange capacity (CEC) were between 2.07 and 2.85 meq NH4 + g-1. Subsequently, adsorption tests were carried out in which it was evaluated the influence of pH, contact time and adsorbent solid concentration. Still, adsorption isotherms were built for these systems and isotherm models of Langmuir, Freundlich and modified BET were fitted to experimental data. The results showed that the highest efficiency was obtained by zeolite ZF, achieving maximum dye removal of 85 % in the studies of contact time effects, and the best experimental conditions were 60 min and adsorbent solid concentration of 15 g L-1. The BET isotherm model was found to be the best fit to experimental data, with R2 = 0.9894. The zeolite synthesis from coal ash has shown potential in the production of an alternative adsorbent to remove the crystal violet dye from contaminated water, also contributing to reducing the environmental impact of coal combustion activities.

Cinzas de carvão mineral são resíduos gerados em grandes quantidades nas usinas termelétricas. Este é um dos resíduos de maior geração no Brasil, aproximadamente 1,7 milhões de toneladas por ano. A disposição muitas vezes irregular deste resíduo pode causar problemas de ordem ambiental, como contaminação de águas subterrâneas, do solo e desequilíbrio de sistemas ecológicos. Uma possibilidade de uso para estas cinzas é a síntese de zeólitas, que são minerais aluminossilicatos microporosos com propriedades interessantes para uso na indústria. Neste trabalho, estudou-se a síntese de zeólitas a partir de cinzas volantes visando à sua aplicação em dessulfuração de gases. A síntese foi realizada pelo método hidrotérmico, utilizando solução alcalina de KOH e relação solução/sólido de 2 mL g-1. As variáveis estudadas foram temperatura (100 e 150 °C), concentração da solução alcalina (3 e 5 mol L-1) e tempo de reação (8, 24, 48 e 72 h). Os produtos obtidos e as cinzas precursoras foram caracterizados quanto à composição química (FRX), mineralógica (DRX), morfológica (MEV), área específica (BET) e capacidade de troca catiônica (CTC). A partir da determinação das estruturas cristalinas (DRX) foi possível identificar a formação das zeólitas merlinoíta e perlialita em algumas das condições investigadas. O maior valor de área específica BET foi de 102,42 m2 g-1, nas condições de síntese de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h, representando um aumento de 30 vezes em relação à área das cinzas. Os valores de capacidade de troca catiônica ficaram entre 0,71 e 2,02 meq NH4+ g-1 para as diferentes condições estudadas. Com as amostras que apresentaram os melhores resultados nas caracterizações foram realizados testes de dessulfuração e seu desempenho foi comparado com as cinzas precursoras, carvão ativado e zeólita comercial. Foram construídas curvas de ruptura e isotermas de adsorção para esses sistemas. As zeólitas sintetizadas a partir das cinzas apresentaram maiores valores de adsorção máxima. A zeólita que apresentou melhor resultado de adsorção foi a sintetizada nas condições de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h de tempo de reação, sendo esta também a que apresentou maior valor de área específica. Sendo assim, a síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão, geradas no próprio processo de combustão em usinas térmicas, mostra-se como uma potencial aplicação no sentido de que estas podem ser utilizadas na própria usina para adsorção do SO2 gerado durante a combustão. / Coal ash is a waste generated in large quantities in the power plants. This is one of the wastes generated in larger quantities in Brazil, approximately 1.7 million tons per year. The often irregular disposal of this waste can cause environmental problems, such as contamination of groundwater, soil and imbalance of ecological systems. One possibility for using ashes is the synthesis of zeolites, which are microporous aluminosilicate minerals with interesting properties for use in industry. In this work, the synthesis of zeolites from fly ash was studied, aiming its application for gas desulfurization. The synthesis was performed by the hydrothermal method using an alkaline solution of KOH and a solution/solid ratio of 2 mL g-1. The variables temperature (100 and 150 °C), alkaline solution concentration (3 and 5 mol L-1) and reaction time (8, 24, 48 and 72 hours) were studied. The products obtained and the precursory ashes were characterized by its chemical composition (FRX), mineralogical (XRD), morphological (SEM), specific surface area (BET) and cation exchange capacity (CEC). From the determination of the crystalline structures (XRD) it was possible to identify the formation of the merlinoite and perlialite zeolites for some of the investigated conditions. The highest BET surface area was 102.42 m2 g-1 under the synthesis conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours. This value represented an increase of 30 times in the surface area comparing to the ash. The cation exchange capacity values varied between 0.71 and 2.02 meq NH4+ g-1 for the different conditions studied. Desulfurization tests were carried out for the samples that showed the best characterization results and its performance was compared with the precursor ash, activated carbon and commercial zeolite. Rupture curves and adsorption isotherms were constructed for these systems. The zeolites synthesized from ash showed higher values of maximum adsorption. The zeolite that showed the best adsorption result was synthesized at the conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours of reaction time, which also had the highest surface area value. Thus, the synthesis of zeolites from coal ash, generated in the combustion process in thermal plants, is shown as a potential application in the sense that these can be used in the plant to adsorb SO2 generated during combustion.

Cinzas oriundas da combustão de carvão são resíduos produzidos no processo de geração de energia em termoelétricas. Esses resíduos industriais podem ser aproveitados como matéria prima para síntese de zeólitas, as quais são materiais aluminossilicatos porosos com importantes aplicações, como adsorventes no tratamento de efluentes líquidos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi sintetizar zeólitas a partir de três diferentes cinzas de carvão e utilizá-las na remoção de corante violeta cristal em soluções aquosas via processo de adsorção. Para isso, foram sintetizadas zeólitas denominadas ZP, ZF e ZFD a partir de três diferentes cinzas de carvão, sendo elas, respectivamente: cinzas de carvão de combustão em leito pulverizado, de combustão em planta piloto de leito fluidizado e de combustão em planta piloto de leito fluidizado utilizando processo de dessulfuração interna. A síntese foi feita pelo método hidrotérmico, utilizando NaOH 3 mol L-1 como agente mineralizante, relação líquido/sólido (L/S) igual a 6 e tempo de reação de 24 h a 100 °C. Os materiais obtidos foram submetidos à caracterização física, química e morfológica, nas quais foi observada a formação de três diferentes fases zeolíticas (zeólitas P, X e sodalita) nas amostras ZF e ZFD, e uma única fase (zeólita P) na amostra ZP. Os valores de área superficial BET encontrados foram de 17, 35 e 40 m2 g-1 para as zeólitas ZP, ZFD e ZF, respectivamente, com tamanho de poros na faixa de 3 a 4 nm para os três materiais. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) ficaram entre 2,07 e 2,85 meq NH4 + g-1. Posteriormente foram realizados ensaios de adsorção do corante em que foi avaliada a influência do pH, tempo de contato e concentração de sólido adsorvente. Ainda, foram construídas isotermas de adsorção para esses sistemas e os modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich e BET modificado foram ajustados aos dados experimentais. Os resultados mostraram que a maior eficiência foi obtida pela zeólita ZF, alcançando máxima remoção de corante de 85 % nos estudos do efeito do tempo de contato, e as melhores condições experimentais obtidas foram de 60 min e 15 g L-1 de concentração de sólido adsorvente. O modelo de isotermas que melhor se ajustou aos dados experimentais foi BET modificado, com R2 = 0,9894. A síntese de zeólita a partir de cinzas de carvão mostrou potencial na produção de um adsorvente alternativo para remoção do corante violeta cristal de águas contaminadas, contribuindo também para a diminuição do impacto ambiental das atividades de combustão de carvão. / Ashes from coal combustion are waste produced in the process of power generation in thermoelectric. These industrial wastes can be used as raw material for zeolite synthesis, which are porous aluminosilicate with important applications, such as adsorbents in the treatment of liquid effluents. The objective of this study was to synthesize zeolites from three different coal ash and apply it in crystal violet dye adsorption processes in aqueous solution. Thereunto, zeolites called ZP, ZF e ZFD were synthesized from the three different coal ashes, as so, respectively: coal ashes from powdered bed combustion, from combustion in a fluidized bed pilot plant and from combustion in a fluidized bed pilot plant with internal desulphurization. The synthesis was carried by hydrothermal method, using NaOH 3 mol L-1 as the mineralizing agent, the liquid/solid ratio (L/S) equal to 6 and 24 hours reaction time at 100 ° C. The materials were subjected to physical, chemical and morphological characterization and it was observed the formation of three different zeolite phases (zeolites P, X and sodalite) in the sample ZF and ZFD, and a single phase (zeolite P) in ZP sample. The BET surface area values were 17, 35 and 40 m2 g-1 to ZP, ZFD and ZF zeolites, respectively, with pore size in the range of 3 to 4 nm for all three materials. The values of cation exchange capacity (CEC) were between 2.07 and 2.85 meq NH4 + g-1. Subsequently, adsorption tests were carried out in which it was evaluated the influence of pH, contact time and adsorbent solid concentration. Still, adsorption isotherms were built for these systems and isotherm models of Langmuir, Freundlich and modified BET were fitted to experimental data. The results showed that the highest efficiency was obtained by zeolite ZF, achieving maximum dye removal of 85 % in the studies of contact time effects, and the best experimental conditions were 60 min and adsorbent solid concentration of 15 g L-1. The BET isotherm model was found to be the best fit to experimental data, with R2 = 0.9894. The zeolite synthesis from coal ash has shown potential in the production of an alternative adsorbent to remove the crystal violet dye from contaminated water, also contributing to reducing the environmental impact of coal combustion activities.

Cinzas de carvão mineral são resíduos gerados em grandes quantidades nas usinas termelétricas. Este é um dos resíduos de maior geração no Brasil, aproximadamente 1,7 milhões de toneladas por ano. A disposição muitas vezes irregular deste resíduo pode causar problemas de ordem ambiental, como contaminação de águas subterrâneas, do solo e desequilíbrio de sistemas ecológicos. Uma possibilidade de uso para estas cinzas é a síntese de zeólitas, que são minerais aluminossilicatos microporosos com propriedades interessantes para uso na indústria. Neste trabalho, estudou-se a síntese de zeólitas a partir de cinzas volantes visando à sua aplicação em dessulfuração de gases. A síntese foi realizada pelo método hidrotérmico, utilizando solução alcalina de KOH e relação solução/sólido de 2 mL g-1. As variáveis estudadas foram temperatura (100 e 150 °C), concentração da solução alcalina (3 e 5 mol L-1) e tempo de reação (8, 24, 48 e 72 h). Os produtos obtidos e as cinzas precursoras foram caracterizados quanto à composição química (FRX), mineralógica (DRX), morfológica (MEV), área específica (BET) e capacidade de troca catiônica (CTC). A partir da determinação das estruturas cristalinas (DRX) foi possível identificar a formação das zeólitas merlinoíta e perlialita em algumas das condições investigadas. O maior valor de área específica BET foi de 102,42 m2 g-1, nas condições de síntese de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h, representando um aumento de 30 vezes em relação à área das cinzas. Os valores de capacidade de troca catiônica ficaram entre 0,71 e 2,02 meq NH4+ g-1 para as diferentes condições estudadas. Com as amostras que apresentaram os melhores resultados nas caracterizações foram realizados testes de dessulfuração e seu desempenho foi comparado com as cinzas precursoras, carvão ativado e zeólita comercial. Foram construídas curvas de ruptura e isotermas de adsorção para esses sistemas. As zeólitas sintetizadas a partir das cinzas apresentaram maiores valores de adsorção máxima. A zeólita que apresentou melhor resultado de adsorção foi a sintetizada nas condições de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h de tempo de reação, sendo esta também a que apresentou maior valor de área específica. Sendo assim, a síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão, geradas no próprio processo de combustão em usinas térmicas, mostra-se como uma potencial aplicação no sentido de que estas podem ser utilizadas na própria usina para adsorção do SO2 gerado durante a combustão. / Coal ash is a waste generated in large quantities in the power plants. This is one of the wastes generated in larger quantities in Brazil, approximately 1.7 million tons per year. The often irregular disposal of this waste can cause environmental problems, such as contamination of groundwater, soil and imbalance of ecological systems. One possibility for using ashes is the synthesis of zeolites, which are microporous aluminosilicate minerals with interesting properties for use in industry. In this work, the synthesis of zeolites from fly ash was studied, aiming its application for gas desulfurization. The synthesis was performed by the hydrothermal method using an alkaline solution of KOH and a solution/solid ratio of 2 mL g-1. The variables temperature (100 and 150 °C), alkaline solution concentration (3 and 5 mol L-1) and reaction time (8, 24, 48 and 72 hours) were studied. The products obtained and the precursory ashes were characterized by its chemical composition (FRX), mineralogical (XRD), morphological (SEM), specific surface area (BET) and cation exchange capacity (CEC). From the determination of the crystalline structures (XRD) it was possible to identify the formation of the merlinoite and perlialite zeolites for some of the investigated conditions. The highest BET surface area was 102.42 m2 g-1 under the synthesis conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours. This value represented an increase of 30 times in the surface area comparing to the ash. The cation exchange capacity values varied between 0.71 and 2.02 meq NH4+ g-1 for the different conditions studied. Desulfurization tests were carried out for the samples that showed the best characterization results and its performance was compared with the precursor ash, activated carbon and commercial zeolite. Rupture curves and adsorption isotherms were constructed for these systems. The zeolites synthesized from ash showed higher values of maximum adsorption. The zeolite that showed the best adsorption result was synthesized at the conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours of reaction time, which also had the highest surface area value. Thus, the synthesis of zeolites from coal ash, generated in the combustion process in thermal plants, is shown as a potential application in the sense that these can be used in the plant to adsorb SO2 generated during combustion.

Cinzas de carvão mineral são resíduos gerados em grandes quantidades nas usinas termelétricas. Este é um dos resíduos de maior geração no Brasil, aproximadamente 1,7 milhões de toneladas por ano. A disposição muitas vezes irregular deste resíduo pode causar problemas de ordem ambiental, como contaminação de águas subterrâneas, do solo e desequilíbrio de sistemas ecológicos. Uma possibilidade de uso para estas cinzas é a síntese de zeólitas, que são minerais aluminossilicatos microporosos com propriedades interessantes para uso na indústria. Neste trabalho, estudou-se a síntese de zeólitas a partir de cinzas volantes visando à sua aplicação em dessulfuração de gases. A síntese foi realizada pelo método hidrotérmico, utilizando solução alcalina de KOH e relação solução/sólido de 2 mL g-1. As variáveis estudadas foram temperatura (100 e 150 °C), concentração da solução alcalina (3 e 5 mol L-1) e tempo de reação (8, 24, 48 e 72 h). Os produtos obtidos e as cinzas precursoras foram caracterizados quanto à composição química (FRX), mineralógica (DRX), morfológica (MEV), área específica (BET) e capacidade de troca catiônica (CTC). A partir da determinação das estruturas cristalinas (DRX) foi possível identificar a formação das zeólitas merlinoíta e perlialita em algumas das condições investigadas. O maior valor de área específica BET foi de 102,42 m2 g-1, nas condições de síntese de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h, representando um aumento de 30 vezes em relação à área das cinzas. Os valores de capacidade de troca catiônica ficaram entre 0,71 e 2,02 meq NH4+ g-1 para as diferentes condições estudadas. Com as amostras que apresentaram os melhores resultados nas caracterizações foram realizados testes de dessulfuração e seu desempenho foi comparado com as cinzas precursoras, carvão ativado e zeólita comercial. Foram construídas curvas de ruptura e isotermas de adsorção para esses sistemas. As zeólitas sintetizadas a partir das cinzas apresentaram maiores valores de adsorção máxima. A zeólita que apresentou melhor resultado de adsorção foi a sintetizada nas condições de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h de tempo de reação, sendo esta também a que apresentou maior valor de área específica. Sendo assim, a síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão, geradas no próprio processo de combustão em usinas térmicas, mostra-se como uma potencial aplicação no sentido de que estas podem ser utilizadas na própria usina para adsorção do SO2 gerado durante a combustão. / Coal ash is a waste generated in large quantities in the power plants. This is one of the wastes generated in larger quantities in Brazil, approximately 1.7 million tons per year. The often irregular disposal of this waste can cause environmental problems, such as contamination of groundwater, soil and imbalance of ecological systems. One possibility for using ashes is the synthesis of zeolites, which are microporous aluminosilicate minerals with interesting properties for use in industry. In this work, the synthesis of zeolites from fly ash was studied, aiming its application for gas desulfurization. The synthesis was performed by the hydrothermal method using an alkaline solution of KOH and a solution/solid ratio of 2 mL g-1. The variables temperature (100 and 150 °C), alkaline solution concentration (3 and 5 mol L-1) and reaction time (8, 24, 48 and 72 hours) were studied. The products obtained and the precursory ashes were characterized by its chemical composition (FRX), mineralogical (XRD), morphological (SEM), specific surface area (BET) and cation exchange capacity (CEC). From the determination of the crystalline structures (XRD) it was possible to identify the formation of the merlinoite and perlialite zeolites for some of the investigated conditions. The highest BET surface area was 102.42 m2 g-1 under the synthesis conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours. This value represented an increase of 30 times in the surface area comparing to the ash. The cation exchange capacity values varied between 0.71 and 2.02 meq NH4+ g-1 for the different conditions studied. Desulfurization tests were carried out for the samples that showed the best characterization results and its performance was compared with the precursor ash, activated carbon and commercial zeolite. Rupture curves and adsorption isotherms were constructed for these systems. The zeolites synthesized from ash showed higher values of maximum adsorption. The zeolite that showed the best adsorption result was synthesized at the conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours of reaction time, which also had the highest surface area value. Thus, the synthesis of zeolites from coal ash, generated in the combustion process in thermal plants, is shown as a potential application in the sense that these can be used in the plant to adsorb SO2 generated during combustion.

Cinzas oriundas da combustão de carvão são resíduos produzidos no processo de geração de energia em termoelétricas. Esses resíduos industriais podem ser aproveitados como matéria prima para síntese de zeólitas, as quais são materiais aluminossilicatos porosos com importantes aplicações, como adsorventes no tratamento de efluentes líquidos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi sintetizar zeólitas a partir de três diferentes cinzas de carvão e utilizá-las na remoção de corante violeta cristal em soluções aquosas via processo de adsorção. Para isso, foram sintetizadas zeólitas denominadas ZP, ZF e ZFD a partir de três diferentes cinzas de carvão, sendo elas, respectivamente: cinzas de carvão de combustão em leito pulverizado, de combustão em planta piloto de leito fluidizado e de combustão em planta piloto de leito fluidizado utilizando processo de dessulfuração interna. A síntese foi feita pelo método hidrotérmico, utilizando NaOH 3 mol L-1 como agente mineralizante, relação líquido/sólido (L/S) igual a 6 e tempo de reação de 24 h a 100 °C. Os materiais obtidos foram submetidos à caracterização física, química e morfológica, nas quais foi observada a formação de três diferentes fases zeolíticas (zeólitas P, X e sodalita) nas amostras ZF e ZFD, e uma única fase (zeólita P) na amostra ZP. Os valores de área superficial BET encontrados foram de 17, 35 e 40 m2 g-1 para as zeólitas ZP, ZFD e ZF, respectivamente, com tamanho de poros na faixa de 3 a 4 nm para os três materiais. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) ficaram entre 2,07 e 2,85 meq NH4 + g-1. Posteriormente foram realizados ensaios de adsorção do corante em que foi avaliada a influência do pH, tempo de contato e concentração de sólido adsorvente. Ainda, foram construídas isotermas de adsorção para esses sistemas e os modelos de isotermas de Langmuir, Freundlich e BET modificado foram ajustados aos dados experimentais. Os resultados mostraram que a maior eficiência foi obtida pela zeólita ZF, alcançando máxima remoção de corante de 85 % nos estudos do efeito do tempo de contato, e as melhores condições experimentais obtidas foram de 60 min e 15 g L-1 de concentração de sólido adsorvente. O modelo de isotermas que melhor se ajustou aos dados experimentais foi BET modificado, com R2 = 0,9894. A síntese de zeólita a partir de cinzas de carvão mostrou potencial na produção de um adsorvente alternativo para remoção do corante violeta cristal de águas contaminadas, contribuindo também para a diminuição do impacto ambiental das atividades de combustão de carvão. / Ashes from coal combustion are waste produced in the process of power generation in thermoelectric. These industrial wastes can be used as raw material for zeolite synthesis, which are porous aluminosilicate with important applications, such as adsorbents in the treatment of liquid effluents. The objective of this study was to synthesize zeolites from three different coal ash and apply it in crystal violet dye adsorption processes in aqueous solution. Thereunto, zeolites called ZP, ZF e ZFD were synthesized from the three different coal ashes, as so, respectively: coal ashes from powdered bed combustion, from combustion in a fluidized bed pilot plant and from combustion in a fluidized bed pilot plant with internal desulphurization. The synthesis was carried by hydrothermal method, using NaOH 3 mol L-1 as the mineralizing agent, the liquid/solid ratio (L/S) equal to 6 and 24 hours reaction time at 100 ° C. The materials were subjected to physical, chemical and morphological characterization and it was observed the formation of three different zeolite phases (zeolites P, X and sodalite) in the sample ZF and ZFD, and a single phase (zeolite P) in ZP sample. The BET surface area values were 17, 35 and 40 m2 g-1 to ZP, ZFD and ZF zeolites, respectively, with pore size in the range of 3 to 4 nm for all three materials. The values of cation exchange capacity (CEC) were between 2.07 and 2.85 meq NH4 + g-1. Subsequently, adsorption tests were carried out in which it was evaluated the influence of pH, contact time and adsorbent solid concentration. Still, adsorption isotherms were built for these systems and isotherm models of Langmuir, Freundlich and modified BET were fitted to experimental data. The results showed that the highest efficiency was obtained by zeolite ZF, achieving maximum dye removal of 85 % in the studies of contact time effects, and the best experimental conditions were 60 min and adsorbent solid concentration of 15 g L-1. The BET isotherm model was found to be the best fit to experimental data, with R2 = 0.9894. The zeolite synthesis from coal ash has shown potential in the production of an alternative adsorbent to remove the crystal violet dye from contaminated water, also contributing to reducing the environmental impact of coal combustion activities.

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.

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.

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.