Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/35805
Type: Dissertação
Title: Síntese de micropartículas magnéticas visando adsorção de urânio
Other Titles: Synthesis of magnetic microparticles for uranium adsorption
Authors: Mariana de Oliveira Reis
First Advisor: Adriana de Souza Medeiros Batista
First Referee: Ana Claudia Queiroz Ladeira
Second Referee: Ricardo Geraldo de Sousa
Third Referee: Francisco Guilherme Esteves Nogueira
Abstract: Algumas espécies químicas, mesmo em baixas concentrações no ambiente, geram preocupação quanto ao risco à saúde devido a sua toxicidade. O urânio é um elemento associado a possíveis danos a sistemas urinário, esquelético, nervoso na população do entorno de minas, por meio da contaminação da água e vegetação, motivando o estudo das águas subterrâneas nessas regiões. Visando a recuperação do urânio presente em baixas concentrações, sintetizou-se 3 resinas poliméricas sulfonadas de estireno-divinilbenzeno (sem magnetita – Sty-DVB, com magnetita nanoestruturada não revestida – Sty-DVB/Mag, com magnetita nanoestruturada revestida por ácido oléico – Sty-DVB/Mag-AcOl) com o objetivo de obter um material adsorvente magnetizável com potencial na captura de cátions de urânio. Estudou-se a disponibilidade química do urânio por meio de simulações no software PHREEQC considerando a degradação de matéria orgânica (MO) e desconsiderando-a, para diferentes condições experimentais. Os dados de concentração dos elementos de entrada foram fornecidos pela parceria com Universidade de Salamanca e Universidade de Extremadura. Dentre os resultados obtidos pelo planejamento fatorial realizado por eles (3k, com k=4, levando-se em conta teor de umidade, tempo de incubação, pressão de sucção e tamanho de partícula do solo), que constituem 81 amostras de água que estavam em contato com o solo da mesma região de mina (Villar de la Yegua, Salamanca, Espanha), selecionou-se as 5 de maior teor de urânio para realizar a exploração das espécies químicas presentes por meio da simulação. Os resultados mostraram que desconsiderando a MO as espécies predominantes são de U(VI), com destaque para as concentrações de UO2PO4-, UO2HPO4, UO2(OH)2, UO2(CO3)22-; considerando a MO a espécie predominante passa a ser U(OH)4 e ocorre a supersaturação da Uraninita. Os resultados possibilitaram propor uma solução ideal para estudo da influência do pH (valores 3, 5 e 7) nas espécies de urânio, destacando- se a predominância de cátions em pH=3 e de ânions em pH=7. Para as resinas sintetizadas foram feitos testes de troca iônica com solução de NaOH 0,1N, MnCl2 0,05M e CuSO4 0,05M, repetindo o mesmo procedimento com resina comercial Dowex MSC-1. Os resultados mostraram que para Sty-DVB, Sty-DVB/Mag-AcOl e Dowex MSC-1 os valores em NaOH são similares, de 4meq/g resina seca, ao passo que para Sty-DVB/Mag o resultado é de 6meq/g. Para MnCl2 obtém-se valores similares para todas as resinas testadas, de 1,2meq/g, o mesmo acontecendo para CuSO4 (0,6meq/g). A caracterização das resinas sintetizadas foi feita quanto a distribuição do tamanho médio de partícula (de 41μm a 64μm antes da sulfonação), densidade aparente, área superficial (os materiais sintetizados são mesoporosos, e a área específica aumentou com a adição de magnetita, variando de 0,41m2/g (Sty-DVB) a 1,86m2/g (Sty-DVB/Mag-AcOl)), microscopia óptica (evidenciou a morfologia esférica das partículas e foi possível visualizar o óxido de ferro nas resinas polimerizadas), espectroscopia Mössbauer (forneceu dados comparativos para as estruturas de óxido de ferro presentes na resina com e sem ácido oléico), e Difração de Raios X. Para trabalhos futuros propõe-se a repolimerização das partículas com magnetita e exploração de outras funcionalizações (aniônica) para a resina, além de testes de adsorção/dessorção com urânio.
Abstract: Some chemical species, even in low concentrations in the environment, raise concerns about the health risk due to their toxicity. Uranium is an element associated with possible damage to the urinary, skeletal, nervous systems in the population surrounding the mines, through the contamination of water and vegetation, motivating the study of groundwater in these regions. In order to recover the uranium present in low concentrations, 3 sulfonated polymeric resins of styrene-divinylbenzene (without magnetite - Sty-DVB, with uncoated nanostructured magnetite - Sty-DVB/Mag, with nanostructured magnetite coated with oleic acid - Sty-DVB/Mag-AcOl) were synthesized in order to obtain a magnetizable adsorbent material with the potential to capture uranium cations. The chemical availability of uranium was studied through simulations in PHREEQC software considering the degradation of organic matter (MO) and disregarding it, for different experimental conditions. The concentration data for the input elements was provided by the partnership with the University of Salamanca and the University of Extremadura. Among the results obtained by the factorial planning carried out by them (3k, with k = 4, taking into account moisture content, incubation time, suction pressure and soil particle size), which constitute 81 water samples that were in contact with the soil of the same mine region (Villar de la Yegua, Salamanca, Spain), the 5 with the highest uranium content were selected to explore the chemical species present through simulation. The results showed that disregarding the OM, the predominant species are U (VI), with emphasis on the concentrations of UO2PO4-, UO2HPO4, UO2(OH)2, UO2(CO3)22-; considering the OM, the predominant species becomes U(OH)4 and Uraninite is supersaturated. The results made it possible to propose an ideal solution for studying the influence of pH (values 3, 5 and 7) on uranium species, highlighting the predominance of cations in pH=3 and anions in pH=7. Ion exchange tests were carried out for the synthesized resins with 0.1N NaOH, 0.05M MnCl2 and 0.05M CuSO4 solution, repeating the same procedure with commercial Dowex MSC-1 resin. The results showed that for Sty-DVB, Sty-DVB/Mag- AcOl and Dowex MSC-1 the values in NaOH are similar, of 4meq/g dry resin, whereas for Sty-DVB/Mag the result is 6meq/g. For MnCl2, similar values are obtained for all resins tested, of 1.2meq/g, the same happening for CuSO4 (0.6meq/g). The characterization of the synthesized resins was made regarding the distribution of the average particle size (from 41μm to 64μm before sulfonation), apparent density, surface area (the synthesized materials are mesoporous, and the specific area increased with the addition of magnetite , ranging from 0.41m2/g (Sty-DVB) to 1.86m2/g (Sty-DVB / Mag-AcOl)), optical microscopy (showed the spherical morphology of the particles and it was possible to visualize the iron oxide in the polymerized resins), Mössbauer spectroscopy (provided comparative data for the iron oxide structures present in the resin with and without oleic acid), and X-ray Diffraction. For future work, it is proposed to repolymerize the particles with magnetite and explore other functionalities (anionic) for the resin, in addition to adsorption/desorption tests with uranium.
Subject: Engenharia nuclear
Urânio
Estireno
Magnetita
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nucleares
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/35805
Issue Date: 15-Mar-2021
metadata.dc.description.embargo: 15-Mar-2022
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