Dissertações

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Victor Souza Vaz

Ana Paula de Carvalho Teixeira

Síntese de Hidróxido de Magnésio a Partir da Rocha Serpentinito para Aplicações na Captura de CO2

Synthesis Of Magnesium Hydroxide From Serpentinite Rock For Co2 Capture Applications

Química

Energia, Água e Ciências Ambientais

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10/09/2025

Auditório II - Aluísio Pimenta

09:00

Profa. Ana Paula de Carvalho Teixeira - Orientadora (Dr. (UFMG))
Profa. Maria Helena de Araujo - Coorientadora (Dr. (UFMG))
Profa. Patrícia Alejandra Robles-Azocar (Dr. (UFMG))
Prof. Guilherme Ferreira de Lima (Dr. (UFMG))

Diante da necessidade urgente de desenvolver tecnologias de captura de dióxido de carbono (CO₂) para mitigar as mudanças climáticas, este trabalho focou na valorização de uma fonte mineral de baixo custo para a produção de sorventes sólidos de alto desempenho. O objetivo principal foi desenvolver e otimizar rotas de síntese para a produção de hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) nanoestruturado a partir do licor obtido da lixiviação ácida da rocha serpentinito. Além disso, compreender a relação entre as condições de síntese, as características físico-químicas resultantes e a reatividade dos materiais frente ao CO₂. Para tal, uma série de materiais foram sintetizados pelo método de precipitação, avaliando a influência de parâmetros como o tipo de base, a taxa de adição do precipitante, a concentração dos reagentes e a velocidade de agitação. Os materiais foram caracterizados por um conjunto de técnicas, incluindo Difração de Raios X (DRX), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectroscopia de Infravermelho (FTIR), Fisissorção de N₂, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). Os resultados confirmaram a obtenção da fase nanométrica da brucita em todos os materiais, contudo, a pureza, a cristalinidade, o tamanho e a anisotropia dos cristalitos variaram significativamente de acordo com os parâmetros de síntese. A análise dos dados revelou que, além do tamanho médio de cristalito, a anisotropia do crescimento cristalino (evidenciada pela formação de lamelas finas no DRX) e a forma de agregação das partículas são os fatores dominantes que determinam as propriedades texturais, como a área superficial específica (variando de 27 a 69 m/g) e a arquitetura dos poros. O FTIR foi de grande importância para identificar a origem de impurezas residuais, como sulfatos provenientes do processo de lixiviação. Na avaliação do desempenho para a captura de CO₂, realizada por TGA em condições isotérmicas, a descoberta mais significativa foi a identificação de uma clássica relação de troca entre reatividade e estabilidade, com capacidades de captura que atingiram 1,06 mmol/g a 300 C. O material M-Licor, caracterizado por lamelas mais finas e maior área superficial, mostrou-se mais reativo em temperaturas mais baixas, enquanto o material M1, formou um produto de carbonatação mais estável. Esta descoberta demonstra que as propriedades físico-químicas, modificadas durante a síntese a partir de uma fonte não convencional, estão diretamente ligadas ao desempenho do material na aplicação final, validando a rota de valorização do serpentinito como uma abordagem promissora para a síntese de sorventes de CO₂ com propriedades ajustáveis.

captura de CO₂, controle morfológico, hidróxido de magnésio, precipitação, serpentinito

Given the urgent need to develop carbon dioxide (CO₂) capture technologies to mitigate climate change, this work focused on the valorization of a low-cost mineral source to produce high-performance solid sorbents. The main objective was to develop and optimize synthesis routes to produce nanostructured magnesium hydroxide (Mg(OH)₂) from the liquor obtained by the acid leaching of serpentinite rock, and also to understand the relationship between the synthesis conditions, the resulting physicochemical characteristics, and the reactivity of the materials towards CO₂. To this end, a series of materials was synthesized by the precipitation method, evaluating the influence of parameters such as the type of base, the precipitant addition rate, the concentration of reagents, and the stirring speed. The materials were characterized by a set of techniques, including X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), N₂ Physisorption, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Transmission Electron Microscopy (TEM). The results confirmed the formation of the nanometric brucite phase in all materials; however, the purity, crystallinity, size, and anisotropy of the crystallites varied significantly according to the synthesis parameters. Data analysis revealed that, beyond the average crystallite size, the anisotropy of crystal growth (evidenced by the formation of thin lamellae in XRD) and the aggregation form of the particles are the dominant factors that determine the textural properties, such as the specific surface area (ranging from 27 to 69 m/g) and the pore architecture. FTIR was of great importance in identifying the origin of residual impurities, such as sulfates from the leaching process. In the performance evaluation for CO₂ capture, carried out by TGA under isothermal conditions, the most significant discovery was the identification of a classic trade-off between reactivity and stability, with capture capacities reaching 1.06 mmol/g at 300 C. The M-Licor material, characterized by thinner lamellae and a larger surface area, proved to be more reactive at lower temperatures, whereas the M1 material formed a more stable carbonation product. This discovery demonstrates that the physicochemical properties, modulated during the synthesis from a non-conventional source, are directly linked to the materials performance in the final application, validating the valorization route of serpentinite as a promising approach for the synthesis of CO₂ sorbents with tunable properties.

CO₂ capture, magnesium hydroxide;, morphological control, precipitation, serpentinite