Preparação, caracterização e modificação de adsorventes para remoção de pesticidas de águas

O objectivo principal deste trabalho de mestrado consistiu em avaliar a potencial utilização de materiais adsorventes, nomeadamente, de carvões activados (AC) preparados por activação química com KOH, a partir de PET reciclado, e de materiais com estrutura mesoporosa ordenada, do tipo MCM-41 e SBA-15, na remoção de ácido 4 - cloro - 2 - metilfenoxiacético (MCPA) e de azul de metileno (MB), presentes nas águas. Nesta tese apresentam-se estudos de preparação e caracterização de materiais micro e mesoporosos e também estudos de avaliação da capacidade adsortiva em fase líquida. Prepararam-se três materiais microporosos, nomeadamente, PET-2-700, PET-2-700ox (AC oxidado) e PET-2-700red (AC reduzido), dois materiais constituídos exclusivamente por mesoporos, Si-MCM-41 e Ti-MCM-41-50 e dois materiais contendo maioritariamente mesoporos, mas que também possuem alguma microporosidade, tais corno, Si-SBA-15 e Ti-SBA-15-50. A caracterização textural dos adsorventes foi inferida por adsorção de azoto a 77K e por de difracção de raios X. Recorreu-se a três métodos de análise das isotérmicas, nomeadamente, Dubinin-Radushkevich, Brunauer-Ernrnett-Teller e alfa-s (as). A caracterização química dos AC foi realizada recorrendo-se a técnicas de análise elementar (AE) e espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e à determinação do ponto de carga zero. Os três carvões activados possuem valores de área superficial externa idênticos, o PET-2-700 possui o maior volume microporoso e o PET-2-700ox exibe o maior diâmetro de poros. Por outro lado, o PET-2-700ox possui um carácter fortemente ácido, o PET-2-700 exibe carácter ligeiramente ácido e o PET-2-700red apresenta propriedades ligeiramente alcalinas. Com base na AE, todas as amostras possuem percentagens de carbono elevadas, sendo que o PET-2-700red apresenta o valor mais elevado. Os resultados obtidos para a caracterização estrutural dos revelaram a obtenção de materiais mesoporosos de alta qualidade, definida pela elevada regularidade e uniformidade da estrutura porosa. A análise dos parâmetros de caracterização textura! permitiu inferir que os quatro materiais mesoporosos possuem valores de área superficial elevados, e que os materiais SBA-15 apresentam valores de volume poroso total e de tamanho de poros superiores aos manifestados pelos MCM-41. A incorporação de titânio não conduziu a uma perda significativa de qualidade dos materiais substituídos em relação às correspondentes amostras de sílica. Efectuaram-se estudos de adsorção em fase líquida de forma a avaliar a possível aplicação dos vários adsorventes na remoção de MCPA e de MB de efluentes líquidos. concluiu-se que o tempo de equilíbrio de 72 horas seria adequado e que a capacidade de adsorção dos vários AC era superior em meio ácido. Com base nas isotérmicas de adsorção do MCPA e do MB e na aplicação da representação de Langmuir e de Freundlich, foi possível concluir que o PET-2-700 possui a maior capacidade de adsorção do MCPA, 1.42 mmol/g, enquanto que o PET-2-700ox revelou a maior capacidade de adsorção do MB, 1.43 mmol/g. Na realidade, os materiais microporosos estudados apresentaram percentagens de remoção elevadas, tanto do MCPA como do MB. Relativamente aos materiais mesoporosos ordenados preparados neste trabalho, a percentagem de remoção de para os poluentes em estudo foi relativamente baixa, constatando-se que nesta fase dos estudos não constituem uma alternativa viável à utilização dos AC. No entanto, uma funcionalização criteriosa dos mesmos pode eventualmente proporcionar um aumento da capacidade adsortiva. ABSTRACT: The work presented in this master thesis, consisted of evaluating the potential use of different adsorbents materials, like activated carbon (AC) prepared by chemical activation with KOH, from recycled poly (ethylene terephthalate) (PET) and materials with ordered mesoporous structure such as MCM-41 and SBA-15, for removing acid 4-chlorine-2-metilfenoxiacétic and methylene blue from aqueous phase. We had prepared three microporous materials, PET-200-700, PET-2-700ox (AC oxidized) and PET-2-700red (reduced AC), two materials consisting exclusively of mesopores, Si-MCM-41 and Ti-MCM-41-50 and two materials containing mainly mesopores, but also having some microporosity, such as Si-SBA-15 and Ti-SBA-15-50. The textural characterization of the adsorbents was inferred by nitrogen adsorption at 77K and X-ray diffraction. Three methods were used to analyse the isotherms, namely, Dubinin-Radushkevich, Brunauer-Emmett-Teller and alpha-s (as). The chemical characterization of AC was performed using the elementary analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and determination of the point of zero charge. Concerning the AC, the three present almost the same externa! surface area, PET-2-700 has a high micropore volume and PET-2-700ox shows the largest pore size diameter. On the other hand, PET-2-700ox had a strong acid character, PET-2-700 exhibits just a slightly acid character and PET-2-700red presents alkaline properties. The AE analysis allows confirming the high carbon content of theses AC, with PET-2-700red exhibiting the highest carbon proportion. The results from the structural characterization of the mesoporous materials, had disclosed the attainment of materials with high quality, defined by the raised regularity and uniformity of the porous structure. The analysis of the textural parameters allowed inferring that the four studied mesoporous materials possess high superficial area. The SBA-15 type materials present higher values of total porous volume and pores size diameter as the MCM-41. Also, the titanium incorporation did not lead to a significant loss of quality of the materials substituted in relation to the corresponding silica samples. The adsorption studies in liquid phase allow evaluating the possibility of using the different adsorbents for the MCPA and the MB removal. The kinetic studies had allowed to state the equilibrium time as 72 hours and a higher adsorption capacity was achieved in an acid medium. The influence of the pH of the medium, on the MCPA adsorption was evaluated. The MCPA and MB isotherms were analysed based on the Langmuir and Freundlich equation, the representations presented an excellent linearity, indicating the applicability of these equations to these systems. Also, it allows concluded that PET-2-700 had a higher adsorption capacity for MCPA, 1.42 mmol/g, and PET-2-700ox had a higher adsorption capacity for MB, 1.43 mmol/g. The AC used presented high removal percentages for MCPA and MB. Concerning the mesoporous materials prepared in this work, the percentage removal for the pollutants in study was relatively low, and evidencing that at the moment these mesoporous materials do not constitute a viable alternative to the AC. However, an astute funcionalisation of the same ones can, eventually provide an increase of the adsorption capacity.

Characterization of medieval glass artefacts from Miranduolo site, Chiusdino, Italy

This archaeovitreological study deals with artefacts of Miranduolo site, Tuscany region (Italy), dated 1250-1350 AD. The Miranduolo site is a medieval hill-village dated from 7th to 14th century. The information obtained reveal that Miranduolo was under control of noble families, which displayed the social, economic and political power. It is marked by controlling the farmers and metal workers on the site, as well as having control over agricultural surpluses. No in situ glass workshop has been recovered, implying that the glass artefacts were imported. One aim of this work is application of SEM-EDS to visualize textural characteristics and thickness of the pristine glass and corrosion layers. Preliminary qualification and semi-quantification of major and minor chemical elements will provide the data on the glass group present and fluxes employed. The data obtained will be integrated with the one obtained by more sensitive techniques such as PIXE/PIGE and LA-ICP-MS. Twenty cross-sections of transparent glasses (colorless, azure, and different hues of yellow and) have been analyzed by VP-SEM. All the analyzed glasses display a homogenous matrix. Only four samples (MD 24, MD 139, MD 143, MD 259) show corrosion layers of various thickness with 2.25μm, 136-500 μm, 26.8 μm and 17.01 μm. EDS linescan analyses indicate strong depletion in the corrosion layers of Na and K, while Ca depletes to a minor extent. In general, both glass composition and the burial conditions were favorable for preservation. Samples can be classified as mainly plant ash Na-Ca-Si glasses made with both unpurified and purified Levantine ash. Only sample MD 243 is made from Barilla plant ash. Sample MD 139 cannot be classified into main compositional groups as K2O is 1.33 wt% and MgO 5.92 wt%. In 8 samples MnO content is lower than 0.8 wt%, meaning that in these samples MnO is naturally present. In other 12 samples, MnO above 0.8 wt% indicates deliberate addition as a decolorant agent to intentionally obtain different hues or the amount added was not successful in making the glass transparent. The results considering fluxes are compatible with archaeovitreological study from contemporary primary glass workshops in Tuscany. For determining the provenance of silica sources, further analysis with more sensitive techniques has to be carried out; Resumo: Este estudo “arqueovitreologia” lida com artefatos do local Miranduolo, região da Toscana (Itália), datados de 1250-1350 AD. O sitio de Miranduolo é uma colina vila medieval datada do séc.VII ao séc.XIV. As informações obtidas revelam que Miranduolo estava sob o controle de famílias nobres, que exibiu o poder social, económico e político. É marcado por controlar os agricultores e trabalhadores do metal no sitio, bem como ter controlo sobre os excedentes agrícolas. Não há na oficina de vidro in situ foi recuperado, o que implica que os artefactos de vidro foram importados. Um dos objetivos deste trabalho é a aplicação de SEM-EDS para visualizar características de textura e espessura das camadas de corrosão do vidro também como da áreas originais. qualificação preliminar e semi-quantificação de maiores e menores elementos químicos irá fornecer os dados sobre o grupo presente vidro e fluxos empregado. Os dados obtidos são integrados com os dados obtidos por meio de técnicas mais sensíveis, como PIXE / PIGE e LA-ICP-MS. Vinte secções transversais de vidros transparentes (incolor, azul celeste, e diferentes tons de amarelo) foram analisados por VP-SEM. Todos os vidros analisados exibir uma matriz homogénea. Apenas quatro amostras (MD 24, MD 139, MD 143, MD 259) mostram camadas de corrosão de várias espessuras com 2.25μm, 136-500μm, 26,8μm e 17,01μm. Análises Linescan EDS indicam forte esgotamento nas camadas de corrosão de Na e K, enquanto Ca esgota, em menor grau. Em geral, tanto a composição de vidro e as condições de depósito foram favoráveis para a preservação. As amostras podem ser classificados como vidros principalmente Na-Ca-Si feitas com cinzas de plantas do tipo levantino, não purificada e purificada. Apenas a amostra MD 243 é feita a partir de cinzas vegetais tipo “Barilla”. A amostra MD 139 não pode ser classificada em grupos principais de composição porque K2O é 1,33% em peso e MgO 5,92% em peso. Em 8 amostras, o teor de MnO é menor do que 0,8% em peso, o que significa que nestas amostras MnO está naturalmente presente. Em outras 12 amostras, MnO acima de 0,8% em peso indica adição intencional como um agente de colorante para obter intencionalmente diferentes matizes ou o valor acrescentado não foi bem sucedido em fazer o vidro transparente. Os resultados, considerando os fluxos são compatíveis com o estudo “arqueovitreologico” com as principais oficinas de vidro contemporâneos na Toscana. Para determinar a origem das fontes de sílica, uma análise mais aprofundada com técnicas mais sensíveis tem de ser levada a cabo.