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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30223| Título: | Valorização da cinza industrial na remoção da dipirona sódica e estudo de sua reatividade em matriz de cimento Portland |
| Título(s) alternativo(s): | Valuation of industrial ash in the removal of sodium dipyrone and study of its reactivity in Portland cement matrix |
| Autor(es): | Lascosk, Luiza |
| Orientador(es): | Pietrobelli, Juliana Martins Teixeira de Abreu |
| Palavras-chave: | Resíduos industriais Poluentes Cimento Portland Minerais industriais Factory and trade waste Pollutants Portland cement Industrial minerals |
| Data do documento: | 31-Out-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | LASCOSK, Luiza. Valorização da cinza industrial na remoção da dipirona sódica e estudo de sua reatividade em matriz de cimento Portland. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2022. |
| Resumo: | Este estudo teve como proposta avaliar a utilização de cinza industrial de cavaco de eucalipto na biossorção da dipirona sódica e posterior estudo da reatividade das cinzas após biossorção (CAB) em matriz de cimento Portland. Os ensaios de biossorção foram conduzidos em batelada, avaliando os efeitos das condições operacionais: pH, temperatura, agitação e tempo de contato, além dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos. O biossorvente, cinza que é resíduo industrial abundante, foi caracterizado a partir do ponto de carga zero (PCZ), da determinação do diâmetro médio das partículas e pela análise da área superficial do biossorvente (BET). Para efeito de comparação, antes e após o processo de biossorção, foram realizadas as análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios x por energia dispersiva (EDS), espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Em relação ao estudo da reatividade em matriz de cimento Portland (cinza industrial pós biossorção da dipiriona) nas propriedades das argamassas, a cinza foi caracterizada por meio das análises de massa específica, umidade, perda ao fogo e fluorescência de raios X. Para avaliar a pozolanicidade da cinza foi estudado seu comportamento pela difratometria de raios X (XRD), Chapelle modificado, índice de atividade pozolânica com cal e pelo índice de desempenho com cimento. Enquanto para o estudo das pastas de cimento foram realizadas análises de resistência a compressão, resistência a tração por compressão diametral, absorção por imersão e determinação da massa específica. A biossorção teve melhor desempenho a 25 ºC, 130 rpm, sem ajuste de pH, com remoção de 93,23% de dipirona comercial em solução aquosa. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem ajustou-se melhor aos dados experimentais. O processo foi caracterizado como exotérmico e espontâneo a partir dos parâmetros de entalpia e energia livre de Gibbs, respectivamente, sinalizando que a biossorção é favorável do ponto de vista termodinâmico. A energia de ativação de 24,017 kJ/mol evidenciou que a remoção ocorre por fisissorção e o valor positivo encontrado para a entropia (Δ𝑆° = 59,07 J/K.mol) indica um aumento da aleatoriedade na interface sólido/solução. A composição química das cinzas e CAB, determinada pela análise de FRX, mostrou que há predominância do composto de óxido de cálcio (CaO) seguido de óxido de magnésio (MgO). Já a análise de DRX mostrou a presença de calcita, caulinita, magnetita, quartzo, óxido de ferro e óxido de cálcio, sem presença de halo amorfo. Nos testes que avaliaram a reatividade em matriz de cimento Portland das cinzas e CAB, como a resistência mínima no ID com cimento e de resistência mínima no IAP com cal, as mesmas não atingiram o limite mínimo para obter classificação de material pozolânico. Porém no estudo do efeito filer, utilizando-se das pastas de cimento, ambos os materiais apresentarem resultados favoráveis na substituição parcial do cimento na composição das argamassas, sendo a substituição de 10% ou 15% as melhores substituições. Enquadrando-se assim no contexto de economia circular, com a reutilização do resíduo de cinza de caldeira na biossorção do fármaco dipirona sódica e posteriormente na substituição de cimento na composição das argamassas, devido ao efeito filer que apresentou. |
| Abstract: | This study aimed to evaluate the use of industrial ash from eucalyptus chips in the biosorption of sodium dipyrone and subsequent study of the reactivity of the ash after biosorption (AAB) in Portland cement matrix. Biosorption assays were carried out in batches, evaluating the effects of operating conditions: pH, temperature, agitation and contact time, in addition to kinetic and thermodynamic parameters. The biosorbent, ash which is an abundant industrial waste, was characterized from the point of zero charge (PCZ), the determination of the average diameter of the particles and the analysis of the surface area of the biosorbent (BET). For comparison purposes, before and after the biosorption process, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) were performed. Regarding the study of the reactivity in Portland cement matrix (industrial ash after dipyrone biosorption) on the properties of mortars, the ash was characterized through analyzes of specific mass, moisture, loss on fire and X-ray fluorescence. Ash pozzolanicity was studied by X-ray diffractometry (XRD), modified Chapelle, pozzolanic activity index with lime and performance index with cement. While for the study of cement pastes, analyzes of compressive strength, tensile strength by diametrical compression, immersion absorption and determination of the specific mass were performed. Biosorption performed better at 25 ºC, 130 rpm, without pH adjustment, with 93.23% of commercial dipyrone removed in aqueous solution. The pseudo-second order kinetic model fitted better to the experimental data. The process was characterized as exothermic and spontaneous from the parameters of enthalpy and Gibbs free energy, respectively, indicating that the biosorption is favorable from a thermodynamic point of view. The activation energy of 24.017 kJ/mol showed that the removal occurs by physisorption and the positive value found for entropy (ΔS° = 59.07 J/K.mol) indicates an increase in randomness at the solid/solution interface. The chemical composition of ash and AAB, determined by XRF analysis, showed a predominance of calcium oxide (CaO) followed by magnesium oxide (MgO). XRD analysis showed the presence of calcite, kaolinite, magnetite, quartz, iron oxide and calcium oxide, without the presence of amorphous halo. In tests that evaluated the reactivity in Portland cement matrix of ash and AAB, such as minimum strength in ID with cement and minimum strength in IAP with lime, they did not reach the minimum limit to obtain pozzolanic material classification. However, in the study of the filer effect, using cement pastes, both materials showed favorable results in the partial replacement of cement in the composition of mortars, with the replacement of 10% or 15% being the best replacements. Fitting in the context of a circular economy, with the reuse of boiler ash residue in the biosorption of the drug sodium dipyrone and later in the replacement of cement in the composition of the mortars, due to the filer effect it presented. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30223 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
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