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Título: ADSORVENTES À BASE DE SÍLICA GEL MODIFICADA COM DERIVADOS DE ÁCIDO FOSFÔNICO, HIDROXÂMICO E PIRIDINOCARBOXÍLICO PARA EXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA DISPERSIVA E SEPARAÇÃO DOS ELEMENTOS TERRAS RARAS
Instituição: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO - PUC-RIO
Autor(es): OLENA ARTIUSHENKO

Colaborador(es):  VOLODYMYR ZAITSEV - Orientador
Número do Conteúdo: 48221
Catalogação:  21/05/2020 Idioma(s):  INGLÊS - ESTADOS UNIDOS

Tipo:  TEXTO Subtipo:  TESE
Natureza:  PUBLICAÇÃO ACADÊMICA
Nota:  Todos os dados constantes dos documentos são de inteira responsabilidade de seus autores. Os dados utilizados nas descrições dos documentos estão em conformidade com os sistemas da administração da PUC-Rio.
Referência [pt]:  https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=48221@1
Referência [en]:  https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=48221@2
Referência DOI:  https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.48221

Resumo:
Os elementos terras raras (ETRs) têm sido cada vez mais utilizados na indústria moderna como os componentes essenciais de catalisadores, ímãs de alto desempenho, supercondutores, sistemas de telecomunicações. O desenvolvimento da energia limpa aumentará ainda mais a demanda, pois ETRs são usados na produção de baterias e painéis solares. O processo de produção ambientalmente sustentável substituirá ou complementará as fontes atuais. Assim, a separação e a reciclagem de ETRs são de grande importância para diversificar as fontes dos ETRs. A maioria das tecnologias atuais para o enriquecimento de ETRs é baseada na extração de solventes e troca iônica. Elas não são sustentáveis e não são aplicáveis ao tratamento de lixo eletrônico. Um dos primeiros adsorventes seletivos para extração em fase sólida dos ETRs foi proposto recentemente (Callura et al., 2018). A presente pesquisa estudou 3 adsorventes organo-sílicas (OSAd) com fragmentos imobilizados covalentemente de N-Benzoil-N-fenil-hidroxilamina (BPHA), ácido 2,6-piridinodicarboxílico (PdCA) e ácido amino di(metilenofosfônico) (AdMPA). Foi mostrado que os adsorventes podem ser utilizados com sucesso para separação e preconcentração dos elementos terras raras das soluções aquosas. A pesquisa demonstrou a alta afinidade dos adsorventes aos ETRs (La3+ - Lu3+), Sc3+ e Y3+. A adsorção competitiva dos ETRs da solução multielementar, sua dependência de pH, isotermas e estudos de cinética, recuperação e dessorção de íons metálicos, bem como a reutilização de adsorventes foram investigados. A caracterização qualitativa e quantitativa dos adsorventes foi estudada por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X de alta resolução, análise RMN no estado solido, medições BET, análise elementar e termogravimétrica. Foi demonstrado que os OSAd propostos podem ser utilizados com sucesso para remover íons ETR da solução aquosa em 10 minutos. Os adsorventes demonstram diferenças essenciais na afinidade para ETRs que permitem a utilização dos OSAd para vários fins, incluindo pré-concentração para determinação de traços de ETRs em água natural, separação de ETRs dos outros metais em lixo eletrônico, e a separação individual dos ETRs. A pesquisa demonstra que o SiO2-BPHA pode recuperar todos os ETRs de solução com pH maior ou igual a 5.0 e liberá-los após eluição de 0.1 mol L-1 HNO3 com eficiência superior a 95 por cento. Outros OSAd - SiO2-PdCA e SiO2-AdMPA são os únicos adsorventes que podem remover os íons ETRs da solução aquosa em pH maior ou igual a 2. Devido a isso, SiO2-PdCA e SiO2-AdMPA podem ser usados para a reciclagem dos ETRs do lixo eletrônico. Foi demonstrado que o SiO2 PdCA pode ser utilizado para a recuperação seletiva de elementos de terras raras (Y, Eu, Tb) dos resíduos de lâmpadas fluorescentes. SiO2-PdCA demonstra alta seletividade que permite recuperação completa (maior que 95 por cento) de todos os ETRs na presença de excesso (50 vezes) de íons Ba2+ que é útil para determinação analítica de traços dos ETRs por ICP-MS. Além disso, SiO2-PdCA é útil para a adsorção seletiva dos ETRs de amostras ambientais, pois o excesso de 200 vezes de íons Fe3+, Cu2+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+ e Al3+ predominantes em amostras ambientais, causa pouca interferência na eficiência do adsorvente. SiO2-BPHA demonstra maior seletividade para ETRs pesados. Em condições ótimas, o fator de seletividade é cerca de 80 (para pares Lu/La e Yb/La) e cerca de 60 (para o par Tm/La), que demonstra alto potencial do SiO2-BPHA na separação individual dos ETRs. Estudos de reusabilidade demonstram que SiO2-BPHA pode ser usado para adsorção quantitativa de quase todos os ETRs (adsorção média de Ce e Pr é cerca de 90 por cento) de uma solução multielementar com pH igual a 5.0 sem perda na capacidade de adsorção e seletividade por pelo menos cinco ciclos. Foi demonstrado que a adsorção de metais por OSAd ocorre devido à formação de complexos entre o ligante imobilizado e os íons metálicos. Por exemplo, a adsorção de íons Eu3+ e Tb3+ por SiO2-PdCA e SiO2-AdMPA gera luminescência forte de cor vermelha e verde, respectivamente. A adsorção de Fe3+ em SiO2-BPHA leva ao desenvolvimento da cor vermelha do adsorvente cuja intensidade é proporcional à concentração de metal adsorvido. Os complexos metálicos imobilizados são muito estáveis em água e meios orgânicos e podem ser usados para o desenvolvimento de sensores ópticos dos ETRs e fases cromatográficas de troca de ligante.

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