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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2021.tde-18112021-115425
Document
Author
Full name
Stéfany Senas Figueiredo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Castanho, Sonia Regina Homem de Mello (President)
Restivo, Thomaz Augusto Guisard
Segadães, Ana Maria Bastos Costa
Title in Portuguese
Otimização do processo de obtenção da sílica (SiO2) de elevada pureza a partir da casca de arroz
Keywords in Portuguese
casca de arroz
lixiviação ácida
resíduo agrícola
sílica (SiO2)
Abstract in Portuguese
Uma possibilidade para minimizar os impactos ambientais é o reaproveitamento de resíduos da agroindústria, em particular, dado o volume gerado, o do setor orizícola. Entre estes resíduos, a casca de arroz (CA), resultado da etapa de beneficiamento do arroz, apresenta grande potencial como fonte alternativa para a obtenção da sílica (SiO2) de elevada pureza. Nos últimos anos, muitos trabalhos reportaram diferentes métodos de extração e potenciais aplicações para a sílica obtida da CA, mas são poucos os estudos que buscam otimizar o processo de obtenção, contribuindo para um ciclo produtivo ambientalmente amigável e economicamente viável. Dessa forma, esse trabalho tem como objetivo principal a extração da sílica da CA utilizando-se a rota termoquímica que compreende as etapas de lixiviação ácida e tratamento térmico. Na etapa química foi estudado a influência da concentração molar do ácido na remoção dos componentes metálicos, a fim de otimizar a quantidade de reagente necessário para obter um material com alto teor de SiO2. Também foi proposta uma metodologia simples para a obtenção das nanopartículas a partir das etapas de dissolução em meio básico e precipitação em meio ácido. Durante a primeira etapa foi avaliado a influência da proporção molar SiO2:NaOH em função do tamanho médio das partículas e da área de superfície específica (ASE) dos materiais obtidos. O procedimento experimental foi iniciado com um processo de redução e classificação granulométrica da CA. Em seguida, foi submetida a lixiviação sob diferentes concentrações molares de ácido clorídrico (HCl) e tratadas termicamente. O material obtido foi então dissolvido em hidróxido de sódio, resultando em uma solução de silicato de sódio que foi, posteriormente, precipitada com HCl. As amostras foram caracterizadas com relação a composição química e mineralógica, morfologia, tamanho médio de partículas e ASE. Os resultados obtidos foram satisfatórios, visto que foi possível otimizar a quantidade de ácido no tratamento químico e obter uma sílica com pureza superior a 99,9%. O material apresentou caráter amorfo, elevado grau de aglomeração e identificou-se partículas na faixa de 100 nm, com ASE de 153 m2 g-1. Também foi observado que o tamanho médio das partículas após a etapa de precipitação é diretamente proporcional a razão SiO2:NaOH adotada na dissolução. Os resultados experimentais indicam que a metodologia utilizada é promissora para a obtenção de uma sílica de elevada pureza, que pode ser uma alternativa economicamente viável aos precursores sintéticos de SiO2 para aplicações nos setores de tecnologia e inovação.
Title in English
Optimization of the process for obtaining high purity silica (SiO2) from rice husk
Keywords in English
acid leaching
agricultural residue
rice husk
silica (SiO2)
Abstract in English
One possibility to minimize environmental impacts is the reuse of agroindustrial residues namely, given the volume generated, those of the rice sector. Among these residues, rice husk (RH), the result of the rice processing step, has great potential as an alternative source to obtain high purity silica (SiO2). In recent years, many studies have reported different extraction methods and potential applications for silica obtained from RH, but there are few studies that seek to optimize the production process, contributing to an environmentally friendly and economically viable production cycle. Thus, this work has as main objective the extraction of silica from RH using the thermochemical route that comprises the stages of acid leaching and heat treatment. In the chemical step, the influence of the molar concentration of the acid on the removal of metallic impurities was studied, to optimize the amount of reagent needed to obtain a material with a high SiO2 content. A simple methodology was also proposed to obtain nanoparticles from the stages of dissolution in basic medium and precipitation in acid medium. During the first stage, the influence of the molar ratio SiO2:NaOH was evaluated as a function of the average particle size and the specific surface area (SSA) of the materials obtained. The experimental procedure was initiated with a process of reduction and granulometric classification of RH. Then, they were subjected to leaching under different molar concentrations of hydrochloric acid (HCl) and heat treated. The material obtained was then dissolved in sodium hydroxide, resulting in a solution of sodium silicate which was subsequently precipitated with HCl. The samples were characterized with respect to chemical composition and mineralogical, morphology, average particle size and SSA. The results obtained were satisfactory since it was possible to optimize the amount of acid in the chemical treatment and obtain a silica with purity better than 99.9%. The material presented an amorphous character, a high degree of agglomeration and it was possible to identify particles in the 100 nm range, with an SSA of 153 m2 g-1. It was also observed that the average particle size after the precipitation step is directly proportional to the SiO2:NaOH ratio adopted in the dissolution. The experimental results indicate that the methodology used is promising to obtain a high purity silica, which can be an economically viable alternative to synthetic SiO2 precursors for applications in the technology and innovation sectors.
 
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Publishing Date
2021-11-29
 
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