Síntese de zeólita do tipo faujasita a partir de cinzas pesadas de carvão mineral e aplicação na adsorção de tiofeno

Abstract

O crescimento da população mundial é na maioria dos casos associado ao consumo de recursos minerais, que por sua vez tem trazido uma crescente geração de resíduos, que são potenciais problemas ambientais. As usinas termelétricas são consideradas uma das maiores fontes de poluição no mundo, devido, entre outros fatores, a geração significativa de cinzas (tanto pesadas, assim como volantes). O estudo das características destes materiais, bem como o desenvolvimento de técnicas para sua utilização se tornam imprescindíveis para a preservação do meio ambiente. Neste contexto, este trabalho objetiva implementar o uso de cinzas pesadas de carvão mineral na síntese de zeólitas faujasita (NaY) e comparar a sua performance, desde as características físicas até a capacidade de adsorção de tiofeno, com zeólitas sintetizadas a partir de materiais analíticos. Para a caracterização das cinzas e produtos zeolíticos foram utilizados métodos de análise química, física e mineralógica. O resultado da caracterização mostrou que as cinzas são majoritariamente compostas por óxidos formadores de estrutura zeolítica (SiO2?Al2O3) em composição mássica superior a 70%, quantidades suficientes para aplicação na síntese de zeólitas. Três planejamentos estatísticos foram projetados para investigar as rotas experimentais de síntese que favorecem o aumento da área específica. A caracterização das amostras sintetizadas mostrou que o tempo, temperatura e o pré- tratamento das cinzas são fatores que fortemente influenciam a área específica e cristalinidade. As amostras sintetizadas com materiais analíticos somente favoreceram a formação de zeólitas NaY no tempo de cristalização de 48 h e com uma temperatura de 100 ºC. Para o processo de adsorção três amostras de zeólitas foram selecionadas desde sintetizadas com materiais analíticos, cinzas tratadas e não tratadas, ZSA4, ZCP4 e ZCP6 respectivamente. Os dados experimentais da cinética de adsorção foram conduzidos em sistema de batelada e foram adequadamente descritos por modelo pseudo primeira ordem. Para a avaliação do equilíbrio estudou-se os modelos de Langmuir e de Freundlich e os dados se ajustaram ao modelo de Langmuir com R2>0,80 para as três amostras selecionadas para o estudo.

Abstract : World population growth is in most cases associated with the consumption of mineral resources, which in turn has brought an increasing generation of waste, which are potential environmental problems. Thermoelectric power plants are considered one of the largest sources of pollution in the world, due, among other factors, to the significant generation of ashes (both bottom as well as fly ashes). The characteristic´s study of these materials, as well as the technique´s developments for their use become essential for the environment preservation. In this context, this work aims to implement the use of bottom coal ash in the faujasite zeolites (NaY) synthesis and compare its performance, from the physical characteristics to the thiophene adsorption capacity, with zeolites synthesized from analytical materials. Chemical, physical and mineralogical methods were used to characterize ashes and zeolitic products. The characterization´s results showed that the ashes are composed mainly of zeolite structure forming oxides (SiO2 · Al2O3) in a mass composition higher than 70%, sufficient quantities for application in zeolites synthesis. Three statistical projects were designed to investigate the experimental synthesis routes that favor the specific area increase. The characterization of synthesized samples showed that the time, temperature and the pretreatment of the ashes are factors that strongly influence the specific area and crystallinity. Synthesized samples with analytical materials only favored the formation of NaY zeolites at the crystallization time of 48 h. For the adsorption process three zeolite samples were selected from synthesized with analytical materials, treated and untreated ash, ZSA4, ZCP4 and ZCP6, respectively. The adsorption experimental data kinetics were conducted in a batch system and were adequately described by pseudo first order model. The Langmuir and Freundlich models were used to evaluate the balance and the data adjusted to the Langmuir model with R2> 0.80 for the three samples selected for the study.