Recuperação dos elementos terras-raras itérbio e lantânio em meio aquoso por biossorção empregando partículas produzidas a partir da blenda polimérica natural baseada em sericina, alginato e poli(álcool vinílico)    = Recovery of rare-earth elements ytterbium and lanthanum from aqueous medium by biosorption using particles produced from natural polymeric blend based on sericin, alginate and poly(vinyl alcohol

Talles Barcelos da Costa

Recuperação dos elementos terras-raras itérbio e lantânio em meio aquoso por biossorção empregando partículas produzidas a partir da blenda polimérica natural baseada em sericina, alginato e poli(álcool vinílico) [recurso eletrônico] = Recovery of rare-earth elements ytterbium and lanthanum from aqueous medium by biosorption using particles produced from natural polymeric blend based on sericin, alginate and poly(vinyl alcohol

Talles Barcelos da Costa

Material

TESE

Idioma

Inglês

Número de chamada

T/UNICAMP C823r

Título paralelo/equiv.

[Recovery of rare-earth elements ytterbium and lanthanum from aqueous medium by biosorption using particles produced from natural polymeric blend based on sericin, alginate and poly(vinyl alcohol]

Publicação

Campinas, SP : [s.n.], 2021.

Descrição física

1 recurso online (367 p.) : il., digital, arquivo PDF.

Nota geral

Orientadores: Melissa Gurgel Adeodato Vieira, Meuris Gurgel Carlos da Silva

Nota de dissertação ou tese

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo Resumo: A recuperação de elementos terras-raras é de grande interesse econômico e ambiental, devido aos seus altos valores de mercado, juntamente com várias aplicações industriais. Recentemente, a recuperação desses elementos a partir de fontes secundárias tem merecido considerável atenção. A... Ver mais Resumo: A recuperação de elementos terras-raras é de grande interesse econômico e ambiental, devido aos seus altos valores de mercado, juntamente com várias aplicações industriais. Recentemente, a recuperação desses elementos a partir de fontes secundárias tem merecido considerável atenção. A biossorção é considerada uma tecnologia alternativa com alto potencial para a remoção e recuperação desses elementos em baixas concentrações. O desenvolvimento de biossorventes alternativos e não convencionais é promissor para esta finalidade. Esta tese de doutorado objetivou investigar o uso de partículas poliméricas naturais baseadas em sericina/alginato reticuladas com poli(álcool vinílico) para a biossorção e recuperação das terras-raras lantânio e itérbio em meio aquoso diluído. Os testes de afinidade mostraram que diferentes materiais (bio)sorventes apresentaram elevado potencial para captura das terras-raras. Dentre esses materiais, as partículas de sericina/alginato/poli(álcool vinílico) (SAPVA) foram selecionadas para estudos aprofundados da biossorção descontínua e contínua de lantânio e itérbio. Ensaios descontínuos revelaram que o tempo de equilíbrio foi alcançado após 300 e 450 min para a biossorção de itérbio e lantânio a ~25 °C, respectivamente. Os perfis cinéticos seguiram os modelos de pseudoprimeira ordem e pseudossegunda ordem para a biossorção de itérbio e lantânio, respectivemente. A resistência à transferência de massa em filme externo foi identificada como etapa limitante predominante em ambos os sistemas. Os dados de equilíbrio de biossorção mostroram que a capacidade máxima de captura de itérbio e lantânio foi de 0,644 e 0,642 mmol/g a 55 °C, respectivamente. Os dados experimentais de equilíbrio foram bem descritos pelos modelos de Langmuir e Dubinin-Raduskevich. As grandezas termodinâmicas mostraram que a biossorção de itérbio e lantânio pelas partículas de SAPVA é de natureza endotérmica e espontânea. Dentre os eluentes testados para dessorção de itérbio e lantânio, a solução de ácido nítrico (0,3 mol/L) e a mistura de ácido nítrico (0,1 mol/L)/nitrato de cálcio (0,1 mol/L) foram os eluentes que resultaram em maior eficiência de recuperação de itérbio (94,62 ± 2,75%) e lantânio (96,07 ± 2,02%), respectivamente. Comparativamente às partículas de SAPVA in natura, as partículas de SAPVA/Yb-HNO3 regeneradas apresentaram cinética mais rápida (120 min) e maior capacidade biossortiva (0,152 mmol/g) a ~25 °C. As partículas de SAPVA/La-HNO3/Ca(NO3)2, regeneradas por sua vez, apresentaram cinética mais lenta (630 min) e menor capacidade biossortiva (0,138 mmol/g) a ~25 °C. A seletividade das partículas de SAPVA seguiu a seguinte ordem: itérbio/lantânio > cádmio > zinco > níquel. As partículas de SAPVA também mostraram alta performance na biossorção/dessorção de itérbio em água residuária sintética. A biossorção contínua de itérbio e lantânio foi examinada em coluna de leito fixo empacotada com partículas de SAPVA. Em vazão volumétrica de 30,0 mL/h e concentração de alimentação de cerca de 0,5 mmol/L, obteve-se as maiores capacidades de biossorção de itérbio e lantânio na ruptura (0,455 e 0,426 mmol/g) e saturação (0,742 e 0,710 mmol/g), respectivamente. O modelo fenomenológico Dual Site Diffusion, descreveu as curvas de ruptura de ambos os sistemas com elevada precisão. A dessorção de itérbio e lantânio em coluna de leito fixo foi bem sucedida com mais de 95% de recuperação de lantânio e itérbio durante quatro ciclos de regeneração. Os ensaios de troca iônica descontínua e contínua mostraram que a captação de íons Yb3+ e La3+ e liberação de íons Ca2+ foi estequiométrica (3:2) para as partículas de SAPVA in natura e não estequiométrica para as partículas de SAPVA regeneradas. As análises de caracterização confirmaram as evidências que o mecanismo de troca iônica entre Yb3+/Ca2+, Yb3+/H+, La3+/Ca2+ e La3+/Ca2+/H+ desempenham função importante na remoção e recuperação de itérbio e lantânio pelas partículas biossorvente desenvolvidas neste estudo Ver menos

Abstract: The recovery of rare-earth elements is of great economic and environmental interest, due to its high market values, together with various industrial applications. Recently, the recovery of these elements from secondary sources has deserved considerable attention. Biosorption is considered... Ver mais Abstract: The recovery of rare-earth elements is of great economic and environmental interest, due to its high market values, together with various industrial applications. Recently, the recovery of these elements from secondary sources has deserved considerable attention. Biosorption is considered an alternative technology with high potential for the removal and recovery of these elements in low concentrations. Development of alternative and nonconventional biosorbents is promising for this purpose. This thesis aimed at evaluating the use of natural polymeric particles based on sericin/alginate crosslinked with poly(vinyl alcohol) for the biosorption and recovery of rare-earths lanthanum and ytterbium in diluted aqueous medium. Affinity tests showed that different (bio)sorbent materials presented a high potential for capture of rare-earths. Among these materials, the sericin/alginate/poly(vinyl alcohol) (SAPVA) particles were selected for in-depth studies of the discontinuous and continuous biosorption of lanthanum and ytterbium. Discontinuous tests revealed that the equilibrium time was reached after 300 and 450 min for the biosorption of ytterbium and lanthanum at ~25 °C, respectively. Kinetic profiles followed the pseudo-first order and pseudo-second order models for the biosorption of ytterbium and lanthanum, respectively. The mass transfer resistance in external film was identified as the dominant rate-limiting step in both systems. Biosorption equilibrium data showed that the maximum capture capacity of ytterbium and lanthanum was 0.644 and 0.642 mmol/g at 55 °C, respectively. Experimental equilibrium data were well described by the Langmuir and Dubinin-Raduskevich models. Thermodynamic quantities showed that the biosorption of ytterbium and lanthanum by SAPVA particles is endothermic and spontaneous. Among the eluents tested for ytterbium and lanthanum desorption, nitric acid solution (0.3 mol/L) and nitric acid (0.1 mol/L)/calcium nitrate (0.1 mol/L) mixture it was the eluents that resulted in the greatest recovery efficiency for ytterbium (94.62 ± 2.75%) and lanthanum (96.07 ± 2.02%), respectively. Compared to SAPVA particles in natura, SAPVA/Yb-HNO3 particles regenerated showed faster kinetics (120 min) and greater biosorptive capacity (0.152 mmol/g) at ~25 °C. SAPVA/La-HNO3/Ca(NO3)2 particles regenerated, in turn, showed slower kinetics (630 min) and less biosorptive capacity (0.138 mmol/g) at ~25 °C. Selectivity of SAPVA particles followed the following order: ytterbium/lanthanum > cadmium > zinc > nickel. SAPVA particles also showed higher biosorption/desorption performance for ytterbium in synthetic wastewater. Continuous biosorption of ytterbium and lanthanum was examined in fixed-bed packed with SAPVA particles. At flow rate of 30.0 mL/h and inlet concentration of about 0.5 mmol/L, the highest biosorption capacities of ytterbium and lanthanum at breakthrough (0.455 and 0.426 mmol/g) and saturation (0.742 and 0.710 mmol/g), respectively. The phenomenological model Dual Site Diffusion, described the breakthrough curves of both systems with high precision. Desorption of ytterbium and lanthanum in fixed-bed column was successful with more than 95% recovery of lanthanum and ytterbium during four regeneration cycles. Discontinuous and continuous ion exchange tests showed that the uptake of Yb3+ and La3+ ions and the release of Ca2+ ions was stoichiometric (3:2) for SAPVA particles in natura and not stoichiometric for regenerated SAPVA particles. Characterization analyzes confirmed the evidence that the ion exchange mechanism between Yb3+/Ca2+, Yb3+/H+, La3+/Ca2+, and La3+/Ca2+/H+ plays a major function in removal and recovery of ytterbium and lanthanum by biosorbent particles developed in this study Ver menos

Assuntos

Adsorção

Terras raras

Proteínas

Alginatos

Poli (álcool vinílico)

Lantânio

Itérbio

Autoria

Costa, Talles Barcelos da, 1991-

Vieira, Melissa Gurgel Adeodato, 1979- Orientador

Silva, Meuris Gurgel Carlos da, 1955- Coorientador