BRPI1102348A2 - magnetic zeolite composite and process for preparation - Google Patents

magnetic zeolite composite and process for preparation Download PDF

Info

Publication number
BRPI1102348A2
BRPI1102348A2 BRPI1102348A BRPI1102348A2 BR PI1102348 A2 BRPI1102348 A2 BR PI1102348A2 BR PI1102348 A BRPI1102348 A BR PI1102348A BR PI1102348 A2 BRPI1102348 A2 BR PI1102348A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
magnetic
zeolite
composite
magnetite nanoparticles
magnetite
Prior art date
Application number
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Mitiko Yamaura
Denise Alves Fungaro
Original Assignee
Comissao Nac Energia Nuclear
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comissao Nac Energia Nuclear filed Critical Comissao Nac Energia Nuclear
Priority to BRPI1102348 priority Critical patent/BRPI1102348A2/en
Publication of BRPI1102348A2 publication Critical patent/BRPI1102348A2/en

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

COMPàSITO MAGNÉTICO DE ZEàLITA E PROCESSO PARA PREPARAÇçO. A presente invenção refere-se a um compôsito magnético de zeólita e ao processo de preparação. O compósito é um adsorvente magnético e cujo processo de preparação envolve uma combinação de nanopartículas de magnetita com material zeolítico. As nanopartículas de magnetita são obtidas por precipitação de íons Fe^ 2+^ em meio alcalino e aquecidas para completar a reação de formação. O material zeolítico é obtido a partir de cinzas de carvão mineral. O compósito magnético de zeólita possui propriedades superparamagnéticas e adsortiva e pode ser utilizado em processos de remoção de íons metálicos e substâncias orgânicas tóxicas em processos de remediação do meio ambiente ou no tratamento de águas residuárias industriais.MAGNETIC ZEALITE COMPOSITE AND PROCESS FOR PREPARATION. The present invention relates to a zeolite magnetic composite and the preparation process. The composite is a magnetic adsorbent whose preparation process involves a combination of magnetite nanoparticles with zeolitic material. The magnetite nanoparticles are obtained by precipitation of Fe ^ 2 + ^ ions in alkaline medium and heated to complete the formation reaction. Zeolitic material is obtained from coal ash. The zeolite magnetic composite has superparamagnetic and adsorptive properties and can be used in removal processes of metal ions and toxic organic substances in environmental remediation processes or in the treatment of industrial wastewater.

Description

"COMPÓSITO MAGNÉTICO DE ZEÓLITA E PROCESSO PARA PREPARAÇÃO""ZEOLITE MAGNETIC COMPOSITE AND PREPARATION PROCESS"

A presente invenção refere-se a um compósito magnético de zeólita e ao processo de preparação, no qual uma suspensão de nanopartículas de magnetita é colocada em contato com partículas de material zeolítico, sob agitação, para formar o compósito magnético. As nanopartículas de magnetita são obtidas por precipitação de íons Fe2+ em meio alcalino e aquecidas para completar a reação de formação. O material zeolítico é obtido a partir de cinzas de carvão mineral. O compósito magnético de zeólita é um adsorvente que possui propriedades superparamagnéticas e pode ser utilizado em processos de remediação do meio ambiente ou tratamento de águas residuárias industriais por adsorção de íons metálicos e substâncias orgânicas tóxicas, e sendo aplicável a técnica de separação magnética sólido-líquido.The present invention relates to a zeolite magnetic composite and the preparation process in which a suspension of magnetite nanoparticles is brought into contact with agitated zeolitic material particles to form the magnetic composite. Magnetite nanoparticles are obtained by precipitation of Fe2 + ions in alkaline medium and heated to complete the formation reaction. Zeolitic material is obtained from coal ash. Zeolite magnetic composite is an adsorbent that has superparamagnetic properties and can be used in environmental remediation or industrial wastewater treatment processes by adsorption of metal ions and toxic organic substances, and the solid-liquid magnetic separation technique is applicable. .

É conhecido, da patente U.S.Pat. n° 4.695.392, a obtenção de uma magnetita superparamagnética por precipitação de íons Fe2+ e Fe3+ com uma base. Em uma segunda etapa do processo, grupos funcionais de amino e ácido carboxílico são ancorados nas partículas de magnetita. O composto magnético preparado apresenta afinidade pelas proteínas, vitaminas e anticorpos e pode ser usado em separação de sistemas biológicos. As nanopartículas de materiais magnéticos, como de magnetita,It is known from U.S.Pat patent. No. 4,695,392, obtaining a superparamagnetic magnetite by precipitation of Fe2 + and Fe3 + ions with a base. In a second step of the process, amino and carboxylic acid functional groups are anchored to the magnetite particles. The prepared magnetic compound has affinity for proteins, vitamins and antibodies and can be used in separation from biological systems. Nanoparticles of magnetic materials, such as magnetite,

são conhecidas em várias áreas tecnológicas. Na escala de tamanho menor que 100 nm, estas nanopartículas apresentam o fenômeno superparamagnético, ou seja, respondem prontamente ao campo magnético externo revelando magnetização, porém não ficam magnetizadas. Após a retirada do campo magnético externo, as nanopartículas não retém o magnetismo residual, que causa a indesejável aglomeração. A ausência do magnetismo residual é a grande vantagem na maioria das aplicações tecnológicas.are known in many technological areas. In the size scale smaller than 100 nm, these nanoparticles present the superparamagnetic phenomenon, that is, they respond readily to the external magnetic field revealing magnetization, but are not magnetized. After removal of the external magnetic field, nanoparticles do not retain residual magnetism, which causes undesirable agglomeration. The absence of residual magnetism is the great advantage in most technological applications.

A magnetita é um mineral natural, magnético, que pode ser sintetizado em laboratório. É uma ferrita de ferro, Fe0.Fe203, sendo que nanopartículas superparamagnéticas são obtidas por método de precipitação alcalina de íons Fe2+ e Fe3+ (YAMAURA, M., CAMILO, R.L., SAMPAIO, L.C., MACEDO, M.A., NAKAM URA, M., TOMA, H.E., Preparation and characterization of (3-aminopropyl)triethoxysilane-coated magnetite nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials v. 279, p. 210-217, 2004).Magnetite is a natural, magnetic mineral that can be synthesized in the laboratory. It is an iron ferrite, Fe0.Fe203, and superparamagnetic nanoparticles are obtained by Fe2 + and Fe3 + ions alkaline precipitation method (YAMAURA, M., CAMILO, RL, SAMPAIO, LC, MACEDO, MA, NAKAM URA, M., TOMA, HE, Preparation and Characterization of (3-Aminopropyl) triethoxysilane-coated magnetite nanoparticles.Journal of Magnetism and Magnetic Materials v. 279, pp. 210-217, 2004).

Em muitas aplicações tecnológicas, a característica única das nanopartículas magnéticas é combinada com a característica de outros materiais que contém diferentes grupos ativos para formar os compósitos magnéticos específicos na utilização de separação e purificação de enzimas e hormônios, como suporte de catalisadores, ferrofluidos no diagnóstico e tratamento médico, e adsorventes de íons metálicos e compostos orgânicos no tratamento de águas residuárias.In many technological applications, the unique characteristic of magnetic nanoparticles is combined with the characteristic of other materials containing different active groups to form specific magnetic composites in the use of enzyme and hormone separation and purification, such as catalyst support, ferrofluids in the diagnosis and medical treatment, and adsorbents of metal ions and organic compounds in wastewater treatment.

A U.S.Pat. n° 5.855.790 descreve a preparação de um composto magnético contendo um núcleo magnético de óxido de ferro recoberto por uma mistura de material fibroso e um agente ligante. O composto magnético é um adsorvente de íons metálicos em meio aquoso.U.S.Pat. No. 5,855,790 describes the preparation of a magnetic compound containing an iron oxide magnetic core coated with a mixture of fibrous material and a binder. The magnetic compound is an adsorbent of metal ions in aqueous medium.

A US.Pat. n° 5.595.666 descreve a preparação de um compósito magnético, chamado de resinas magnéticas, o qual é uma combinação de óxidos de ferritas com poliamina-epiclorohidrina. As resinas magnéticas apresentaram um desempenho maior na remoção de plutônio de soluções na presença de campo magnético e podem ser utilizadas na remoção de metais tóxicos e actinídeos em processos de descontaminação da água.US Pat. No. 5,595,666 describes the preparation of a magnetic composite, called magnetic resins, which is a combination of ferrite oxides with polyamine-epichlorohydrin. Magnetic resins performed better in removing plutonium from solutions in the presence of magnetic field and can be used to remove toxic metals and actinides in water decontamination processes.

A USPat n° 4.675.113 descreve que esferas magnéticas preparadas da solução de alginato contendo partículas de magnetita apresentam grande potencial como suporte para imobilização de enzimas e em aplicações cromatográfica.USPat No. 4,675,113 discloses that magnetic beads prepared from the magnetite particle-containing alginate solution have great potential as a support for enzyme immobilization and chromatographic applications.

Zeólitas, um material inorgânico com propriedades adsortivas, também podem ser combinadas com partículas magnéticas, sendo que um dos meio de obtenção do compósito magnético é pela mistura dos componentes. A USPat n° 4.565.793 relata a obtenção de um compósito magnético com a introdução de partículas de magnetita na mistura reacional de formação de zeólita. A zeólita formada é recoberta de partículas magnetizáveis que podem ser utilizadas como catalisadores ou adsorventes e particularmente em leito fluidizado magneticamente estabilizado.Zeolites, an inorganic material with adsorptive properties, can also be combined with magnetic particles, one of the means of obtaining the magnetic composite being by mixing the components. USPat No. 4,565,793 reports obtaining a magnetic composite by introducing magnetite particles into the zeolite forming reaction mixture. The zeolite formed is coated with magnetizable particles that can be used as catalysts or adsorbents and particularly in a magnetically stabilized fluidized bed.

A patente norte-americana US 4.578.372 descreve um processoU.S. Patent 4,578,372 describes a process

de preparação da camada zeolítica sobre as partículas magnéticas, no qual as partículas magnéticas são introduzidas na mistura contendo os reagentes de formação de zeólita Yeo sistema sofre rotação para formar a camada zeolítica sobre a superfície das partículas magnéticas. A patente norte-americana US 4617282 refere-se à preparação de compósito adsorvente magnético pela adição de partículas magnéticas, como magnetita, ferrita de Co ou aço, na mistura da reação de formação da zeólita Y, tal que a fina camada de zeólita é formada recobrindo um núcleo de partículas magnéticas.Preparation of the zeolitic layer on the magnetic particles, in which the magnetic particles are introduced into the mixture containing the zeolite forming reagents. The system is rotated to form the zeolitic layer on the surface of the magnetic particles. US 4617282 relates to the preparation of magnetic adsorbent composite by the addition of magnetic particles, such as magnetite, Co ferrite or steel, in the zeolite Y formation reaction mixture such that the thin layer of zeolite is formed. covering a core of magnetic particles.

As zeólitas são aluminosilicatos hidratados de metais alcalinos e alcalinos terrosos constituídas por unidades tridimensionais de tetraedros de sílica SiO4 e alumina AIO4 ligados entre si por átomos de oxigênio. Cada tetraedro é comum a dois tetraedros vizinhos, originando assim uma estrutura microporosa cujo arranjo apresenta cavidades e canais interconectados, nos quais estão presentes íons de compensação de metais alcalinos e alcalinos terrosos e moléculas de água. As cargas negativas dos tetraedros AIO4 são compensadas por cátions, que podem ser substituídos por outros cátions por troca dando origem a capacidade de troca iônica e catálise, as quais possibilitam inúmeras aplicações.Zeolites are hydrated alkaline and alkaline earth metal aluminosilicates consisting of three-dimensional units of silica SiO4 and alumina AIO4 tetrahedra linked together by oxygen atoms. Each tetrahedron is common to two neighboring tetrahedra, thus giving rise to a microporous structure whose arrangement has interconnected cavities and channels, in which alkaline earth and alkaline metal compensating ions and water molecules are present. The negative charges of AIO4 tetrahedra are offset by cations, which can be replaced by other cations by exchange giving rise to ion exchange capacity and catalysis, which enable numerous applications.

Os diferentes arranjos dos tetraedros que se unem, associado à possível substituição de silício por vários outros elementos (Ga, Ge, Fe, Β, P, Ti), e ao tipo de íon presente nos poros (metais alcalinos e alcalinos terrosos, principalmente Na+, K+, Mg2+, e Ca2+), dão origem a uma variedade de zeólitas naturais e tal como a magnetita podem ser sintetizadas, como por exemplo, a partir de cinzas de carvão mineral. A patente US 6.299.854 relata que cinzas de carvão mineral, cujaThe different arrangements of the joining tetrahedra, associated with the possible substitution of silicon by various other elements (Ga, Ge, Fe, Β, P, Ti), and the type of ion present in the pores (alkaline and alkaline earth metals, mainly Na + , K +, Mg2 +, and Ca2 +) give rise to a variety of natural zeolites and such as magnetite can be synthesized, for example from coal ash. US 6,299,854 reports that coal ashes whose

composição química é formada principalmente de sílica e alumina, podem ser convertidas em material zeolitico por tratamento hidrotérmico com hidróxido de sódio. O material zeolitico obtido contém de 20 a 99% de zeólita, dependendo das condições da reação de ativação e da composição química das cinzas. O carvão mineral de regiões diferentes difere na composição química em termos de quantidades de carbono, sílica, alumina e metais, de maneira que após o seu processamento em usinas termelétricas gerarão cinzas de composição diferente, as quais consequentemente, produzirão um material zeolitico diferente. Para cada tipo de cinzas de carvão mineral tem-se um tipo de zeólita.Chemical composition is formed mainly of silica and alumina, can be converted to zeolitic material by hydrothermal treatment with sodium hydroxide. The zeolite material obtained contains from 20 to 99% zeolite, depending on the activation reaction conditions and the chemical composition of the ash. Coal from different regions differs in chemical composition in terms of amounts of carbon, silica, alumina and metals, so that after processing in thermal power plants will generate ashes of different composition, which consequently will produce a different zeolite material. For each type of coal ash there is a type of zeolite.

A modificação do adsorvente de zeólita preparada com cinzas de carvão em um compósito adsorvente magnético ampliará as vantagens da utilização deste material. O adsorvente saturado de substâncias contaminantes poderá ser separado do meio líquido por um processo de campo magnético facilitando as operações industriais.Modifying the zeolite adsorbent prepared with carbon ash into a magnetic adsorbent composite will extend the advantages of using this material. Saturated adsorbent of contaminants may be separated from the liquid medium by a magnetic field process facilitating industrial operations.

É objetivo da presente invenção o compósito magnético de zeólita constituído pela mistura de nanopartículas de magnetita e material zeolitico e o processo de obtenção. O compósito magnético de zeólita é um pó fino, de coloração escura, que apresenta propriedades adsortiva e superparamagnética. É um adsorvente que promove a aplicação das técnicas de adsorção e separação magnética em processos de tratamento de águas residuárias e de remediação de solos contaminados.It is the object of the present invention the zeolite magnetic composite consisting of the mixture of magnetite nanoparticles and zeolite material and the process of obtaining. Zeolite magnetic composite is a fine, dark-colored powder with adsorptive and superparamagnetic properties. It is an adsorbent that promotes the application of adsorption and magnetic separation techniques in wastewater treatment and contaminated soil remediation processes.

As vantagens da presente invenção são o material zeolitico e as partículas de magnetita.The advantages of the present invention are the zeolitic material and the magnetite particles.

O material zeolitico é obtido a partir das cinzas de carvão mineral, provenientes dos filtros manga e ciclone de usinas termelétricas, por reciclagem de resíduo abundante e poluente; por transformação de cinzas de carvão em um produto de alto valor econômico, social e ambiental; por transformação em um adsorvente de baixo custo capaz de remover substâncias tóxicas de águas e solos contaminados; o reagente usado na síntese é de baixo custo e pode ser reaproveitado; a zeólita pode ser regenerada; o processo de preparação é de fácil execução. As partículas de magnetita são obtidas por precipitação de íons Fe2+ com íons hidroxila, tem-se o uso de dois reagentes ao invés de três, comumente utilizados na obtenção de magnetita.Zeolitic material is obtained from coal ash from mango and cyclone filters from thermal power plants by recycling abundant waste and pollutants; by transforming coal ash into a product of high economic, social and environmental value; by transforming it into a low cost adsorbent capable of removing toxic substances from contaminated waters and soils; The reagent used in the synthesis is inexpensive and can be reused. the zeolite can be regenerated; The preparation process is easy to perform. Magnetite particles are obtained by precipitation of Fe2 + ions with hydroxyl ions. Two reagents are used instead of three commonly used to obtain magnetite.

Outra vantagem da presente invenção é a combinação das duas técnicas de separação, por adsorção e magnética, em um único processo simples e compacto. O compósito magnético de zeólita remove poluentes ou substâncias tóxicas por meio dos sítios ativos da zeólita. Por ser superparamagnético, porque contém nanopartículas de magnetita na sua estrutura, o adsorvente saturado poderá ser facilmente aglomerado e retirado do meio aquoso utilizando um campo magnético.Another advantage of the present invention is the combination of both adsorption and magnetic separation techniques in one simple and compact process. The zeolite magnetic composite removes pollutants or toxic substances through the active sites of the zeolite. Because it is superparamagnetic because it contains magnetite nanoparticles in its structure, the saturated adsorbent can be easily agglomerated and removed from the aqueous medium using a magnetic field.

Outra vantagem da presente invenção é que por causa do fenômeno superparamagnético, característica intrínseca de nanopartículas magnéticas, os compósitos magnéticos não retém a magnetização após a retirada do campo magnético, de forma que se desaglomeram e podem ser ressuspensos em outro meio líquido, possibilitando assim a sua reutilização após a dessorção dos contaminantes. É uma tecnologia de baixo custo e de fácil aplicabilidade, sem geração de efluentes secundários.Another advantage of the present invention is that because of the superparamagnetic phenomenon, intrinsic characteristic of magnetic nanoparticles, magnetic composites do not retain magnetization after removal of the magnetic field, so that they degrade and can be resuspended in another liquid medium, thus enabling reuse after desorption of contaminants. It is a low cost technology and easy to apply, without generation of secondary effluents.

A invenção está também relacionada ao processo de preparação do compósito magnético de zeólita. O processo presente é constituído em três etapas.The invention is also related to the process of preparing the zeolite magnetic composite. The present process consists of three steps.

A primeira etapa consiste na obtenção do material zeolítico a partir de um tratamento hidrotérmico alcalino das cinzas de carvão mineral nas condições experimentais listadas na Tabela 1, os quais podem variar dependendo dos equipamentos usados. Este é lavado várias vezes com água destilada e secado à temperatura ambiente.The first step is to obtain the zeolitic material from an alkaline hydrothermal treatment of coal ash under the experimental conditions listed in Table 1, which may vary depending on the equipment used. This is washed several times with distilled water and dried at room temperature.

Tabela 1Table 1

Parâmetros Temperatura: 90- 100 0C de Ativação Tempo de reação: 21 - 24 h Concentração da base: 3,5-4,0 mol/L Relação massa de cinza/volume da base: 0,1 - 0,125 g/mL Em segunda etapa, as nanopartículas de magnetita são preparadas por precipitação pela adição lenta de solução de NaOH de 2,0 a 6 mol L"1 , sob agitação com um dispersor, à solução de Fe2+, de concentração 0,05 a 0,10 mol L"1, até tornar-se básica, de pH 10 a 13. O precipitado verde escuro obtido é aquecido em banho-maria por 10 a 80 min. Após o resfriamento, o precipitado é lavado várias vezes com água destilada até a água de lavagem atingir pH 7 a 8 . Na terceira etapa, adiciona-se lentamente o pó de materialParameters Temperature: 90-100 ° C Activation Reaction time: 21 - 24 h Base concentration: 3.5-4.0 mol / L Ash mass / base volume ratio: 0.1 - 0.125 g / mL Second At this stage, the magnetite nanoparticles are prepared by precipitation by slowly adding 2.0 to 6 mol L "1 NaOH solution, with stirring with a disperser, to the 0.05 to 0.10 mol L concentration of Fe2 + solution. "1, until basic, from pH 10 to 13. The obtained dark green precipitate is heated in a water bath for 10 to 80 min. After cooling, the precipitate is washed several times with distilled water until the wash water reaches pH 7 to 8. In the third step, the material powder is slowly added

zeolítico, sob agitação no dispersor, à solução aquosa contendo a suspensão de nanopartículas de magnetita, seguida de agitações esporádicas por 10 a 60 min. Pode-se Utilizar a relação material zeolítico/magnetita (m/m) de 0,5 a 4. O produto é deixado em repouso de 12 a 24 h, lavado com água destilada e acetona, e seco à temperatura ambiente.zeolite, under stirring in the disperser, to the aqueous solution containing the magnetite nanoparticle suspension, followed by sporadic stirring for 10 to 60 min. The zeolitic material / magnetite ratio (w / w) of 0.5 to 4 may be used. The product is left to stand for 12 to 24 h, washed with distilled water and acetone, and dried at room temperature.

A seguir, a invenção é ilustrada pelo exemplo não Iimitante da preparação e utilização do compósito magnético de zeólita, a partir de cinzas de carvão mineral e nanopartículas de magnetita formada de íons Fe2+, na remoção de corante reativo laranja 16 em meio aquoso.In the following, the invention is illustrated by the non-limiting example of the preparation and use of the zeolite magnetic composite from coal ash and Fe2 + ion-formed magnetite nanoparticles in the removal of orange reactive dye 16 in aqueous medium.

ExemploExample

Vinte gramas de cinzas leves do filtro manga de uma usina termelétrica de Paraná, Brasil, foram recolhidas e colocadas em contato com 160 mL de NaOH 3,5 mol L"1 à uma temperatura de 100°C na estufa. Após 24 h em contato, o material zeolítico formado foi separado da fase aquosa, lavado várias vezes com água destilada até a água de lavagem atingir pH 11, e secado em estufa a 50°C para obtenção em forma de pó, o qual foi denominado MZ.Twenty grams of light ash from the mango filter of a thermoelectric power plant in Paraná, Brazil was collected and placed in contact with 160 mL of 3.5 mol L "1 NaOH at a temperature of 100 ° C in the greenhouse. After 24 h in contact The zeolitic material formed was separated from the aqueous phase, washed several times with distilled water until the wash water reached pH 11, and oven dried at 50 ° C to obtain a powder, which was called MZ.

Uma solução de NaOH 5 mol L"1 foi adicionada lentamente, sob agitação, à 100 mL de solução de Fe2+ 0,0651 mol L"1, obtida da dissolução de sulfato ferroso hepta-hidratado, até atingir o pH 11,5. O precipitado verde formado foi aquecido em banho-maria, com agitação esporádica, por 75 min para obtenção da magnetita. Após o resfriamento, a magnetita foi lavada com água destilada e resuspensa em água destilada.A solution of 5 mol L "1 NaOH was slowly added under stirring to 100 ml of Fe2 + 0.0651 mol L" 1 solution obtained from the dissolution of ferrous sulfate heptahydrate to pH 11.5. The green precipitate formed was heated in a water bath with sporadic stirring for 75 min to obtain the magnetite. After cooling, the magnetite was washed with distilled water and resuspended in distilled water.

Sob agitação, adicionou-se lentamente o pó de MZ à 100 mL de suspensão de partículas de magnetita, seguido por agitação esporádica por mais 10 min, deixado em repouso por 20 h. O produto foi lavado com água destilada e a última lavagem foi realizada com acetona e foi secado à temperatura ambiente. Obteve-se o compósito magnético de zeólita denominado CMZ. Obtiveram-se dois tipos de compósito magnético, um preparado utilizando a relação MZ/magnetita (m/m) igual a 1 e outro preparado com a relação igual a 3, os quais foram chamados de CMZ1 e CMZ3, respectivamente.Under stirring, the MZ powder was slowly added to the 100 ml magnetite particle suspension, followed by sporadic stirring for a further 10 min, allowed to stand for 20 h. The product was washed with distilled water and the last wash was performed with acetone and dried at room temperature. The magnetic zeolite composite named CMZ was obtained. Two types of magnetic composite were obtained, one prepared using the ratio MZ / magnetite (m / m) equal to 1 and the other prepared with the ratio equal to 3, which were called CMZ1 and CMZ3, respectively.

A Figura 1 mostra uma comparação dos difratogramas de raios-x das cinzas leves do filtro manga de uma usina termelétrica de Paraná, Brasil, e do material zeolítico MZ obtido a partir das cinzas. As cinzas de carvão mineral são constituídas predominantemente de quartzo (JCPDS-ICDD- n°.00-001- 0649, fórmula química SiO2) e mulita (JCPDS-ICDD- n°.00-002-0430, fórmula química 3AI203.2Si02). No MZ, observa-se o aparecimento de picos de difração, indicados por (O) na figura, os quais foram atribuídos aos picos das sodalitas de fórmula química Na8AI6Si6O24CO3 (JCPDS-ICDD- n°.00-024-1045) e de fórmula química Na8AI6Si6O24(CN)2. x H2O (JCPDS-ICDD - n°.00-037- 0196), e hidroxisodalita, fórmula química Na4AI3Si3O12(O4) (JCPDS-ICDD- n°.00-011-0401).Figure 1 shows a comparison of the x-ray diffractograms of the mango filter light ash from a thermoelectric plant in Paraná, Brazil, and the zeolitic material MZ obtained from the ash. Mineral coal ash consists predominantly of quartz (JCPDS-ICDD- no. 00-001-0649, chemical formula SiO2) and mullite (JCPDS-ICDD- no .00-002-0430, chemical formula 3AI203.2Si02) . In MZ, diffraction peaks, indicated by (O) in the figure, are observed and attributed to the peaks of sodalites of the chemical formula Na8AI6Si6O24CO3 (JCPDS-ICDD- no .00-024-1045) chemistry Na8AI6Si6O24 (CN) 2. x H2 O (JCPDS-ICDD - no. 00-037-0196), and hydroxysodalite, chemical formula Na4A13Si3O12 (O4) (JCPDS-ICDD - no .00-011-0401).

A Figura 2 ilustra os difratogramas de raios-x do pó de magnetita obtido a partir dos íons Fe2+ e do compósito CMZ3. No pó de magnetita observam-se os 7 picos de difração característicos de estrutura cúbica de face centrada do padrão de magnetita JCPDS-ICDD- n° 19-629, os quais estão presentes no compósito CMZ3 juntamente com os picos do MZ.Figure 2 illustrates the x-ray diffractograms of the magnetite powder obtained from Fe2 + ions and CMZ3 composite. In the magnetite powder the 7 characteristic center-face cubic structure diffraction peaks of the magnetite standard JCPDS-ICDD- No. 19-629 are observed, which are present in the CMZ3 composite along with the MZ peaks.

A Figura 3 mostra as curvas de magnetização, a temperatura de 300°F, do pó de magnetita, obtida a partir de íons Fe2+, e do pó CMZ3 com altos valores de magnetização de saturação e um mínimo de histerese, duas propriedades peculiares de materiais superparamagnéticos. As curvas mostram redução no valor de magnetização do compósito em comparação ao valor de magnetização da magnetita devido a porcentagem de material zeolítico não magnético presente na composição do CMZ3.Figure 3 shows the magnetization curves, the temperature of 300 ° F, of magnetite powder obtained from Fe2 + ions, and CMZ3 powder with high saturation magnetization values and a minimum of hysteresis, two peculiar properties of materials. superparamagnetic. The curves show a reduction in the composite magnetization value compared to the magnetite magnetization value due to the percentage of non-magnetic zeolitic material present in the CMZ3 composition.

Os dois compósitos CMZ1 e CMZ3 apresentaram-se bastante magnéticos somente na presença do campo magnético, sendo facilmente atraídos por um imã possibilitando a separação sólido-líquido necessária na etapa final dos processos de remediação de solos ou tratamento de águas residuárias. Após a retirada do imã as partículas dos compósitos se dispersaram na fase líquida, possibilitando a reutilização das mesmas. A eficiência da separação magnética e da propriedade adsortiva foi avaliada e confirmada, como mostram os dados apresentados na seqüência. O adsorvente magnético de invenção pode ser ainda facilmente separado do fluido gasoso e de sólidos diamagnéticos por aplicação de um campo magnético.The two composites CMZ1 and CMZ3 were very magnetic only in the presence of the magnetic field, being easily attracted by a magnet allowing the solid-liquid separation necessary in the final stage of the soil remediation or wastewater treatment processes. After removal of the magnet, the particles of the composites dispersed in the liquid phase, allowing their reuse. The efficiency of magnetic separation and adsorptive property was evaluated and confirmed, as shown in the data presented below. The magnetic adsorbent of the invention may further be easily separated from the gaseous fluid and diamagnetic solids by application of a magnetic field.

Realizaram-se os testes de adsorção e separação magnética com os novos compósitos CMZ1 e CMZ3.Adsorption and magnetic separation tests were performed with the new CMZ1 and CMZ3 composites.

Cincoenta miligramas de CMZ1 e CMZ3 foram colocados em contato com 5 mL de soluções de corante Reativo Laranja 16 (RL16) de concentração 6,07 mg L"1, separadamente, por 120 min com agitação. Ao término da agitação, a fase líquida denominada sobrenadante foi separada após um repouso de 60 min no imã, aplicando-se a separação magnética sólido-líquido, e a absorbância foi lida no comprimento de onda 494 nm em um espectrofotômetro UV-Visível. A Figura 4 ilustra o processo de separação magnética sólido-líquido das partículas de compósito em suspensão (1), saturado com corante, do meio líquido (2). As partículas de compósito magnético são atraídas e presas no frasco pelo campo magnético do imã (3), sendo então a fase líquida vertida e separada. Os mesmos sobrenadantes foram centrifugados por 20-25 min e a absorbância novamente lida. Calculou-se a % de remoção do corante da fase líquida em cada compósito e o desempenho do processo de adsorção e da técnica de separação magnética foi avaliado segundo a percentagem de remoção calculada para os valores de absorbância. Todas as medidas foram realizadas em duplicata sendo que o resultado é o valor médio com uma variação de ± 3.Fifty milligrams of CMZ1 and CMZ3 were placed in contact with 5 mL of 6.07 mg L "1 Concentrating Orange 16 (RL16) dye solutions separately for 120 min with stirring. At the end of stirring, the liquid phase called The supernatant was separated after a 60 min stand on the magnet by applying solid-liquid magnetic separation and the absorbance was read at wavelength 494 nm on a UV-Visible spectrophotometer. dye-saturated suspended particulate liquid (1) from the liquid medium (2) The magnetic composite particles are attracted and trapped in the flask by the magnetic field of the magnet (3), then the liquid phase is poured and The same supernatants were centrifuged for 20-25 min and the absorbance read again.The% dye removal from the liquid phase in each composite and the performance of the adsorption process were calculated. The magnetic separation technique was evaluated according to the percentage of removal calculated for the absorbance values. All measurements were performed in duplicate and the result is the mean value with a variation of ± 3.

Na Tabela 2 são apresentados os valores de % remoção do corante RL16 pelos compósitos CMZ1 e CMZ3. De acordo com a Tabela, os resultados confirmaram que os compósitos CMZ1 e CMZ3 são ótimos adsorvente de corante RL16 e visto que após a centrifugação do sobrenadante não foi observado alteração na porcentagem de remoção fica, portanto, demonstrado a eficácia de aplicação da separação magnética. O repouso de 60 min sobre um imã foi suficiente para substituir uma etapa de centrifugação de 20 min. Vale ressaltar que a velocidade do processo de separação magnética do sólido-líquido será mais rápida quanto maior a intensidade do campo magnético.Table 2 shows the% removal values of dye RL16 by CMZ1 and CMZ3 composites. According to the Table, the results confirmed that the CMZ1 and CMZ3 composites are excellent RL16 dye adsorbent and since after the supernatant centrifugation no change in the percentage of removal was observed, the effectiveness of the magnetic separation application is demonstrated. Resting 60 min on a magnet was sufficient to replace a 20 min centrifugation step. It is noteworthy that the speed of the magnetic-liquid separation process will be faster the higher the intensity of the magnetic field.

Tabela 2Table 2

Compósito de zeólita magnética % remoção de RL16 (± 3) repouso no imã repouso no imã + centrifugação CMZ1 90 90 CMZ3 91 91Magnetic zeolite composite% RL16 (± 3) removal magnet rest magnet rest + centrifugation CMZ1 90 90 CMZ3 91 91

Claims (15)

1. compósito magnético de zeólita caracterizado por ser um material modificado constituído de material zeolítico e nanopartículas de magnetita, com afinidade por íons metálicos e substâncias orgânicas sendo facilmente separado do meio líquido, fluido gasoso ou de sólido diamagnético por aplicação de um campo magnético, e podendo ser utilizado como adsorvente magnético.1. a zeolite magnetic composite characterized in that it is a modified material consisting of zeolitic material and magnetite nanoparticles with affinity for metal ions and organic substances being easily separated from the liquid medium, gaseous fluid or diamagnetic solid by application of a magnetic field, and can be used as a magnetic adsorbent. 2. compósito magnético de zeólita, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser um adsorvente magnético de metais pesados, metais radioativos, pesticidas, compostos aromáticos e corantes têxteis.Zeolite magnetic composite according to claim 1, characterized in that it is a magnetic adsorbent of heavy metals, radioactive metals, pesticides, aromatic compounds and textile dyes. 3. compósito magnético de zeólita, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por um material zeolítico sintetizado a partir de cinzas de carvão mineral.Magnetic zeolite composite according to claims 1 and 2, characterized by a zeolite material synthesized from coal ash. 4. compósito magnético de zeólita, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3 caracterizado pelo fato das cinzas serem coletadas de usina termelétrica.Magnetic zeolite composite according to Claims 1, 2 and 3, characterized in that the ash is collected from a thermal power plant. 5. compósito magnético de zeólita, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por conter nanopartículas de magnetita que apresentam propriedades superparamagnéticas, à temperatura ambiente.A zeolite magnetic composite according to claims 1 and 2, characterized in that it contains magnetite nanoparticles having superparamagnetic properties at room temperature. 6. compósito magnético de zeólita, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 5 caracterizado por nanopartículas de magnetita obtidas a partir de íons Fe2+, sendo possível a aplicação da técnica de separação magnética no compósito.Magnetic zeolite composite according to Claims 1, 2 and 5, characterized by magnetite nanoparticles obtained from Fe2 + ions, whereby the magnetic separation technique can be applied to the composite. 7. compósito magnético de zeólita, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado por ser um adsorvente magnético que pode ser utilizado em processos de remediação do meio ambiente e de tratamento de águas residuárias, solos ou gases contaminados.Magnetic zeolite composite according to Claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that it is a magnetic adsorbent which can be used in environmental remediation and wastewater, soil or soil treatment processes. contaminated gases. 8. Processo de obtenção do compósito magnético de zeólita, de acordo com a reivindição 1, caracterizado por etapa de precipitação e aquecimento na formação de nanopartículas de magnetita, etapa de contato entre o material zeolítico em pó e suspensão aquosa de nanopartículas de magnetita, com agitação, seguida por etapa em repouso, lavagem e secagem.Process for obtaining the zeolite magnetic composite according to claim 1, characterized by the precipitation and heating step in the formation of magnetite nanoparticles, the contact step between the zeolite powder material and the aqueous suspension of magnetite nanoparticles with stirring, followed by standing, washing and drying. 9. Processo, de acordo com reivindicação 8, caracterizado por etapa de precipitação, na qual uma solução básica é adicionada à solução de íons Fe2+ até atingir um pH entre 10 e 13, obtendo-se a formação de um precipitado verde escuro.Process according to Claim 8, characterized in that a precipitation step is carried out, in which a basic solution is added to the Fe2 + ion solution to a pH between 10 and 13, resulting in the formation of a dark green precipitate. 10. Processo, de acordo com reivindicação 8 e 9 caracterizado por uma solução básica de NaOH de concentração de 2 a 6 mol L"1 e solução de íons Fe2+, de concentração 0,05 a 0,10 mol L"1.Process according to Claims 8 and 9, characterized by a basic solution of 2 to 6 mol L "1 NaOH and a solution of Fe2 + ions of 0.05 to 0.10 mol L" 1 concentration. 11. Processo, de acordo com reivindicação 8, 9 e 10, caracterizado por aquecimento em banho-maria, durante 10 a 80 min, a fim de obter as nanopartículas de magnetita, seguida por etapa de lavagem com água até a água de lavagem atingir pH 7 a 8.Process according to Claim 8, 9 and 10, characterized by heating in a water bath for 10 to 80 min to obtain the magnetite nanoparticles, followed by a water wash step until the wash water reaches pH 7 to 8. 12. Processo, de acordo com reivindicação 11, caracterizado por obtenção de nanopartículas de magnetita com propriedades superparamagnéticas.Process according to Claim 11, characterized in that magnetite nanoparticles with superparamagnetic properties are obtained. 13. Processo, de acordo com reivindicação 8, caracterizado por etapa de adição lenta de material zeolítico em pó, com agitação, à solução aquosa contendo suspensão de nanopartículas de magnetita, em uma relação material zeolítico/magnetita (massa/massa) de 0,5 a 4, seguida de agitação esporádica por mais 10 a 60 min. Após repouso de 12 a 24 h, o compósito magnético de zeólita é lavado com água destilada e acetona, e seco.Process according to Claim 8, characterized in that the step of slowly adding powdered zeolitic material with stirring to the aqueous solution containing suspension of magnetite nanoparticles in a zeolitic material / magnetite ratio (mass / mass) of 0, 5 to 4, followed by sporadic stirring for a further 10 to 60 min. After resting for 12 to 24 h, the zeolite magnetic composite is washed with distilled water and acetone, and dried. 14. Processo, de acordo com reivindicação 8 e 13, caracterizado pelo fato de que o material zeolítico é obtido a partir de cinzas de carvão mineral.Process according to Claims 8 and 13, characterized in that the zeolitic material is obtained from coal ash. 15. Processo, de acordo com reivindicação 8, 13 e 14, caracterizado pelo fato de que o material zeolítico é obtido a partir de cinzas de carvão mineral de filtros manga e ciclone.Process according to Claims 8, 13 and 14, characterized in that the zeolitic material is obtained from charcoal ash from mango and cyclone filters.
BRPI1102348 2011-05-30 2011-05-30 magnetic zeolite composite and process for preparation BRPI1102348A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRPI1102348 BRPI1102348A2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 magnetic zeolite composite and process for preparation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRPI1102348 BRPI1102348A2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 magnetic zeolite composite and process for preparation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BRPI1102348A2 true BRPI1102348A2 (en) 2013-06-25

Family

ID=48651698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BRPI1102348 BRPI1102348A2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 magnetic zeolite composite and process for preparation

Country Status (1)

Country Link
BR (1) BRPI1102348A2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ahmed et al. Facile adsorptive removal of dyes and heavy metals from wastewaters using magnetic nanocomposite of zinc ferrite@ reduced graphene oxide
Nizamuddin et al. Iron oxide nanomaterials for the removal of heavy metals and dyes from wastewater
Hoang et al. Coconut shell activated carbon/CoFe2O4 composite for the removal of rhodamine B from aqueous solution
Nodehi et al. Fe3O4@ NiO core–shell magnetic nanoparticle for highly efficient removal of Alizarin red S anionic dye
Tatarchuk et al. Adsorption of Sr (II) ions and salicylic acid onto magnetic magnesium-zinc ferrites: isotherms and kinetic studies
Liu et al. Coating Fe3O4 magnetic nanoparticles with humic acid for high efficient removal of heavy metals in water
Zhang et al. Preparation of Fe3O4@ C@ layered double hydroxide composite for magnetic separation of uranium
Absalan et al. Removal of reactive red-120 and 4-(2-pyridylazo) resorcinol from aqueous samples by Fe3O4 magnetic nanoparticles using ionic liquid as modifier
Zhang et al. Nitrogen-doped magnetic biochar made with K3 [Fe (C2O4) 3] to adsorb dyes: experimental approach and density functional theory modeling
Yin et al. Co-transport of graphene oxide and heavy metal ions in surface-modified porous media
Singh et al. Citric acid coated magnetic nanoparticles: Synthesis, characterization and application in removal of Cd (II) ions from aqueous solution
Zhou et al. Adsorption of acid dyes from aqueous solutions by the ethylenediamine-modified magnetic chitosan nanoparticles
Ali New generation adsorbents for water treatment
Chen et al. Preparation and characterization of magnetic Fe3O4/CNT nanoparticles by RPO method to enhance the efficient removal of Cr (VI)
Islam et al. Synthesis of rice husk-derived magnetic biochar through liquefaction to adsorb anionic and cationic dyes from aqueous solutions
Homayonfard et al. Efficient removal of cadmium (II) ions from aqueous solution by CoFe2O4/chitosan and NiFe2O4/chitosan composites as adsorbents
Abkenar et al. Fast removal of methylene blue from aqueous solution using magnetic-modified Fe 3 O 4 nanoparticles
Liu et al. Magnetically separable and recyclable lanthanum/iron co-modified attapulgite: A sustainable option to efficiently control phosphate loading
Leun et al. Preparation and characterization of magnetically active polymeric particles (MAPPs) for complex environmental separations
JP5674952B2 (en) Magnetite-bernite mixture, synthesis method thereof and water treatment method
JP2005137973A (en) Magnetic adsorbent, its manufacturing method and water treatment method
Zhang et al. Preparation of magnetic carbon nanotubes with hierarchical copper silicate nanostructure for efficient adsorption and removal of hemoglobin
Ahmed et al. One-step synthesis of magnetic fly ash composites for methylene blue removal: batch and column study
Makarchuk et al. Magnetic mineral nanocomposite sorbents for wastewater treatment
Wang Preparation of magnetic hydroxyapatite and their use as recyclable adsorbent for phenol in wastewater

Legal Events

Date Code Title Description
B03A Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according art. 34 industrial property law
B06V Preliminary requirement: requests without searches performed by other patent offices: suspension of the patent application procedure
B07A Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion)
B09B Decision: refusal
B09B Decision: refusal

Free format text: MANTIDO O INDEFERIMENTO UMA VEZ QUE NAO FOI APRESENTADO RECURSO DENTRO DO PRAZO LEGAL