Desenvolvimento de materiais baseados em grafeno para aplicações ambientais

• Autor(a) principal: Oliveira, Daniel Filipe Pinto de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/30306
• topic: Terras Raras; Sorção; Nanocompósitos; Grafeno; Remoção; Modelação

As terras raras (TR), elementos associados ao desenvolvimento tecnológico, tornaram-se fundamentais para o mundo tal como o conhecemos hoje. Estes elementos são de difícil extração, a qual tem impactos ambientais negativos associados, e apresentam elevado risco de fornecimento devido à crescente procura. Assim, torna-se relevante explorar formas alternativas de obtenção desses elementos. A água, como consequência da atividade de mineração, descarga de efluentes industriais e lixo eletrónico, poderá ser uma fonte secundária para a obtenção de TR. Aproveitando as potencialidades da sorção, como a simplicidade, versatilidade e viabilidade económica, e dos nanocompósitos baseados em grafeno, que têm uma elevada área superficial, esta dissertação teve como objetivo a recuperação de TR a partir de água contaminada. Os elementos em estudo foram o neodímio (Nd), európio (Eu), térbio (Tb), disprósio (Dy) e ítrio (Y), por serem os elementos considerados mais críticos, e o lantânio (La) devido à sua diversificada utilização. Optou-se por estudar sistemas multielementares, contendo os elementos em concentrações relativamente baixas (100 μg L-1) de modo a mimetizar condições reais, para as quais existem lacunas detetadas na literatura. Foram testados vários sorventes baseados em óxido de grafeno, sendo que o óxido de grafeno funcionalizado com polietilenoimina (GO-PEI) foi o que se revelou mais promissor. A sua estrutura, morfologia e carga superficial foram estudadas por FTIR-ATR, SEM e PZ, respetivamente. Os ensaios de sorção incluíram diferentes parâmetros: dose de sorvente, matriz de água e pH inicial da solução. Os resultados mostraram que para doses ≥ a 25 mg L-1 obtêm-se remoções superiores a 90 %, e que a sorção é positivamente afetada pelo aumento da dose de sorvente. O pH 6 foi considerado o ótimo e não se observaram diferenças relevantes entre água ultrapura e água mineral engarrafada, evidenciando a potencial aplicabilidade do GO-PEI num contexto real. Os dados experimentais foram ajustados através da utilização dos modelos cinéticos de pseudo primeira ordem, pseudo segunda ordem e Elovich. O modelo que apresentou melhor desempenho foi o modelo de pseudo segunda ordem, inferindo-se, assim, que o mecanismo que controla a sorção é a quimiossorção. Os dados experimentais de equilíbrio foram ajustados com recurso aos modelos de Langmuir, Freundlich e SIPS e o modelo que melhor ajustou os dados foi o de SIPS. Foi estimada a capacidade máxima de sorção para os elementos, que variou entre 5494±366 μg g-1 e 6876±1023 μg g-1 para o Y(III) e Eu(III), respetivamente. Os resultados obtidos indicam que se trata de um processo promissor, com remoções rápidas e elevadas para todos os elementos em estudo.