Cristalização de flor de sal em soluções hipersalinas naturais induzida por evaporação em diferentes condições de umidade e plasma atmosférico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almada, Liliane Ferreira Araújo de
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU)
Texto Completo: https://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/5434
Resumo: Sea water presents itself as an inexhaustible resource from which it’s possible to extract drinking water and numerous minerals with high importance for technological and environmental development. Due to its complexity and unique chemical composition, the recovery of minerals present in seawater is a well-studied process. Even today, the main method of extracting these minerals, in the form of salts, is natural evaporation in artificial ecosystems, with NaCl as the most commercially explored product. A very specific type of NaCl, still not well understood, produced by few salt industries in Brazil is Sal Flower (Fleur de sel), crystals that are formed strictly on the surface of natural brines. Its crystallization depends essentially on the local climatic conditions that constantly change the thermodynamics of the process, making it impossible to control its production. In this context, another method still little studied, but which has already presented positive results regarding crystallization of particles on the surface of brines, consists of the application of discharges at atmospheric pressure, atmospheric plasma, on the surface of the solution. Based on this, this work aims to investigate the influence of thermal gradient generated in different humidity conditions on the crystallization mechanism on the surface of natural brines, as well as to study the performance of atmospheric plasma discharge in contact with the surface of these solutions. For this study, samples of natural hypersaline solutions, with a density of 26 °Bé, were obtained directly from the crystallization tanks of a saline industry and subjected to a thermal gradient generated between the ambient air and its interior. The average relative humidity of the air was controlled at two levels and the formation of crystals on the surface was monitored together with the density, total salt concentration, electrical conductivity and pH of the solution. The influence of plasma on the crystallization of the hypersaline solution was evaluated through the application of luminescent discharges in an atmosphere of air on the surface of drops of this same solution. The crystals obtained in these experiments were characterized in terms of their mass through weighing on an analytical balance, morphology using scanning electron microscopy (SEM), chemical composition by atomic absorption spectroscopy, atomic emission spectrometry and Morh titration and the microstructure was assessed by X-ray diffraction (XRD). The analyzes showed that the thermal gradient enabled the formation of crystals on the solution surface in both humidity conditions. The moisture effect was significant for the evaporation rate, mass and morphology of the crystals formed on the surface. The chemical composition varied according to the density over the evaporation time, in which the amount of Ca2+, K+ , Clions decreased and Mg2+ and SO4 2- increased. The plasma acted significantly in the crystallization, noticed by the considerable increase in the mass of the solids present in the solution after the treatment and by observation of its performance under a stereoscopic magnifying glass. These crystals showed differences in their morphology and chemical composition that varied both with density and with the application of plasma, which acted by reducing the concentrations of Na + and increasing those of K+, SO4 2-, Mg2+ and Ca2+. The microstructures of the materials showed differences in crystallinity and phases present in relation to humidity, density and plasma effect, with presence of NaCl phases peaks being more significant. In this way, it was possible to understand not only the formation of salt flower, but also its morphology, microstructure and chemical composition. In addition, plasma has proved to be an extremely efficient method for extracting minerals from brines and can be studied as an advanced desalination technique.
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A very specific type of NaCl, still not well understood, produced by few salt industries in Brazil is Sal Flower (Fleur de sel), crystals that are formed strictly on the surface of natural brines. Its crystallization depends essentially on the local climatic conditions that constantly change the thermodynamics of the process, making it impossible to control its production. In this context, another method still little studied, but which has already presented positive results regarding crystallization of particles on the surface of brines, consists of the application of discharges at atmospheric pressure, atmospheric plasma, on the surface of the solution. Based on this, this work aims to investigate the influence of thermal gradient generated in different humidity conditions on the crystallization mechanism on the surface of natural brines, as well as to study the performance of atmospheric plasma discharge in contact with the surface of these solutions. For this study, samples of natural hypersaline solutions, with a density of 26 °Bé, were obtained directly from the crystallization tanks of a saline industry and subjected to a thermal gradient generated between the ambient air and its interior. The average relative humidity of the air was controlled at two levels and the formation of crystals on the surface was monitored together with the density, total salt concentration, electrical conductivity and pH of the solution. The influence of plasma on the crystallization of the hypersaline solution was evaluated through the application of luminescent discharges in an atmosphere of air on the surface of drops of this same solution. The crystals obtained in these experiments were characterized in terms of their mass through weighing on an analytical balance, morphology using scanning electron microscopy (SEM), chemical composition by atomic absorption spectroscopy, atomic emission spectrometry and Morh titration and the microstructure was assessed by X-ray diffraction (XRD). The analyzes showed that the thermal gradient enabled the formation of crystals on the solution surface in both humidity conditions. The moisture effect was significant for the evaporation rate, mass and morphology of the crystals formed on the surface. The chemical composition varied according to the density over the evaporation time, in which the amount of Ca2+, K+ , Clions decreased and Mg2+ and SO4 2- increased. The plasma acted significantly in the crystallization, noticed by the considerable increase in the mass of the solids present in the solution after the treatment and by observation of its performance under a stereoscopic magnifying glass. These crystals showed differences in their morphology and chemical composition that varied both with density and with the application of plasma, which acted by reducing the concentrations of Na + and increasing those of K+, SO4 2-, Mg2+ and Ca2+. The microstructures of the materials showed differences in crystallinity and phases present in relation to humidity, density and plasma effect, with presence of NaCl phases peaks being more significant. In this way, it was possible to understand not only the formation of salt flower, but also its morphology, microstructure and chemical composition. In addition, plasma has proved to be an extremely efficient method for extracting minerals from brines and can be studied as an advanced desalination technique.A água do mar, se apresenta como um recurso inesgotável de onde é possível extrair água potável e inúmeros minerais com elevada importância para o desenvolvimento tecnológico e ambiental. Em virtude de sua complexidade e composição química única, a recuperação dos minerais presentes na água do mar é um processo bastante estudado. Ainda hoje, o principal método de extração desses minerais, na forma de sais, é a evaporação natural em ecossistemas artificiais, tendo o NaCl como o produto mais explorado comercialmente. Um tipo de NaCl bastante especifico, ainda não bem compreendido, produzido por poucas indústrias salineiras do Brasil é a Flor de sal (Fleur de sel), cristais que se formam estritamente na superfície das salmouras naturais. Sua cristalização depende essencialmente das condições climáticas locais que alteram constantemente a termodinâmica do processo, impossibilitando o controle da sua produção. Neste contexto, outro método ainda pouco estudado, mas que já apresentou resultados positivos quanto à cristalização na superfície de salmouras, consiste na aplicação de descargas a pressão atmosférica, plasma atmosférico, na superfície da solução. Com base nisso, este trabalho teve como objetivo investigar a influência do gradiente térmico gerado em diferentes condições de umidade no mecanismo da cristalização na superfície de salmouras naturais, como também estudar a atuação da descarga de plasma atmosférico em contato com a superfície dessas soluções. Para esse estudo, amostras de soluções hipersalinas naturais, com densidade de 26°Bé, foram obtidas diretamente dos tanques de cristalização de uma indústria salineira e submetidas a um gradiente térmico gerado entre o ar ambiente e seu interior. A umidade relativa média do ar foi controlada em dois níveis e a formação de cristais na superfície foi acompanhada juntamente com a densidade, concentração total de sais, condutividade elétrica e pH da solução. A influência do plasma na cristalização da solução hipersalina foi avaliada por meio da aplicação de descargas luminescentes em atmosfera de ar na superfície de gotas dessa mesma solução. Os cristais obtidos nesses experimentos foram caracterizados quanto a sua massa por meio da pesagem em balança analítica, morfologia através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), composição química por espectroscopia de absorção atômica, espectrometria de emissão atômica e titulação de Morh e a microestrutura foi avaliada por difração de raios X (DRX). As análises mostraram que o gradiente térmico possibilitou a formação dos cristais na superfície da solução nas duas condições de umidade. O efeito da umidade foi significativo principalmente para a taxa de evaporação, massa e morfologia dos cristais formados na superfície. A composição química variou em função da densidade com o decorrer do tempo de evaporação, na qual a quantidade íons Ca2+, K+, Cldecresceram e Mg2+ e SO4 2- aumentaram. O plasma atuou significativamente na cristalização, percebida pelo aumento considerável na massa dos sólidos presentes na solução após o tratamento e por observação de sua atuação sob lupa estereoscópica. Esses cristais apresentaram diferenças em sua morfologia e composição química que variaram tanto com a densidade como com a aplicação do plasma, que atuou reduzindo as concentrações de Na+ e aumentando as de K+, SO4 2-, Mg2+ e Ca2+ . As microestruturas dos materiais apresentaram diferenças na cristalinidade e fases presentes em relação a umidade, densidade e efeito do plasma, sendo mais significativa a presença de picos de fases de NaCl. Dessa forma, foi possível compreender não só da formação de flor de sal, mas também da sua morfologia, microestrutura e composição química. Além disso, o plasma se mostrou um método extremamente eficiente na extração de minerais de salmouras e pode ser estudado como uma técnica avançada de dessalinização.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal Rural do Semi-ÁridoBrasilCentro de Engenharias - CEUFERSAPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisFraga, Francisco Edson Nogueira00770768773http://lattes.cnpq.br/0858331193248993Alves Junior, Clodomiro09621199468http://lattes.cnpq.br/7441669258580942Alves Junior, Clodomiro09621199468http://lattes.cnpq.br/7441669258580942Fernandes, Rogério Taygra Vasconcelos07393877406http://lattes.cnpq.br/3025443312175095Cruz, Nilson Cristino da61938092953http://lattes.cnpq.br/7157327220048138Almada, Liliane Ferreira Araújo de2020-09-01T00:13:53Z2020-07-282020-09-01T00:13:53Z2020-03-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCitação com autor incluído no texto: Almada (2020) Citação com autor não incluído no texto: (ALMADA, 2020)https://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/5434porALMADA, Liliane Ferreira Araújo de. Cristalização de flor de sal em soluções hipersalinas naturais induzida por evaporação em diferentes condições de umidade e plasma atmosférico. 2020. 107 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engeharia de Materiais), Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, 2020.CC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU)instname:Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)instacron:UFERSA2023-12-20T21:26:31Zoai:repositorio.ufersa.edu.br:prefix/5434Repositório Institucionalhttps://repositorio.ufersa.edu.br/PUBhttps://repositorio.ufersa.edu.br/server/oai/requestrepositorio@ufersa.edu.br || admrepositorio@ufersa.edu.bropendoar:2023-12-20T21:26:31Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU) - Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)false
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