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Recovery of zinc from metal-plating industrial wastewaters by liquid-liquid extraction

2019-09-13Master thesis Open access
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datacite.subject.fosEngenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologiaspt_PT
dc.contributor.advisorCosta, Maria Clara
dc.contributor.advisorCarliar, Jorge
dc.contributor.authorSathityatiwat, Suthapat
dc.date.accessioned2020-06-04T15:54:41Z
dc.date.available2020-06-04T15:54:41Z
dc.date.issued2019-09-13
dc.description.abstractThe extraction of zinc(II) from zinc-plating wastewater by liquid-liquid extraction was studied using the commercial extractants di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) and bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid (Cyanex® 272), as well as the ionic liquids, Trihexyltetradecylphosphonium bromide (Cyphos® 102), Trihexyltetradecylphosphonium decanoate (Cyphos® 103) and Trihexyltetradecylphosphonium bis(2,4,4- trimethylpentyl)phosphinate (Cyphos® 104), diluted in organic solvents. First, the commercial extractants and the ionic liquids with the most potential were selected based on the results from diluents, modifiers and stripping solution screening tests. Then, the optimization of extraction and re-extraction (stripping) conditions for each extractant was achieved either by effluent pretreatment (pH adjustment) to remove iron prior to liquid-liquid extraction or by adjusting the extractant-to-zinc ratio. Afterwards, one commercial extractant and one ionic liquid were selected for further evaluation based on the following parameters: reusability, contact time (kinetic studies), and loading capacity. Of the two commercial extractants, the most promising results were obtained with 20% (w/w) D2EHPA in kerosene and 3% (v/v) TBP (tributyl phosphate) as the modifier after a contact time of only five minutes. The extraction efficiency for zinc was 98%, with coextraction of iron which can be resolved by pre-treating the effluent to pH 5.5 to precipitate iron prior to liquid-liquid extraction. Selective stripping of zinc from the loaded organic phase was achieved using 0.6 M H2SO4. Under these optimized conditions, the reusability of the organic phase was successfully tested in three cycles of zinc extraction and re-extraction without loss of efficiency. Regarding ionic liquids, 0.08 M Cyphos® 102 in kerosene exhibited superior selectivity for zinc extraction (83%), with little to no co-extraction of iron. Despite this high efficiency, an issue of insolubility of Cyphos® 102 in the diluent was observed, with the ionic liquid being in a layer below kerosene. This insolubility issue made decantation difficult, which affected the reusability of the extraction system. However, the issue can be solved with the addition of 3% (v/v) decanol as modifier, but resulting in the decrease in zinc extraction efficiency to 40%. A raise of the concentration to 0.24 M Cyphos® 102 in kerosene with 3% (v/v) decanol allowed a 95% extraction efficiency of zinc with no insolubility being observed. On the other hand, the stripping of zinc from this loaded organic phase was obtained using a high concentration of HNO3 of 2M. Nevertheless, the problem of reusability of the organic phase remained, whereby zinc extraction decreased to 54% and re-extraction decreased to 5% in the second cycle. Therefore, time and effort need to be devoted to future studies to evaluate the application of Cyphos®102 in liquid-liquid extraction of zinc from zinc-plating wastewaters.pt_PT
dc.description.abstractA extração de zinco (II) de água residual da indústria de zincagem por extração líquidolíquido foi estudada utilizando-se os extratantes comerciais Ácido di- (2-etilhexil) fosfórico (D2EHPA) e Ácido bis (2,4,4-trimetilpentil) fosfínico (Cyanex® 272), e também os líquidos iónicos Brometo de triexiltridecilfosfónio (Cyphos® 102), Decanoato de triexiltriltecodecilfosfónio (Cyphos® 103) e Bis (2,4,4-trimetilpentil) fosfinato de trihexiltetradecilfosfónio (Cyphos® 104), diluídos em solventes orgânicos. Primeiro selecionaram-se o extratante e o líquido iónico com mais potencial numa triagem de diluentes e modificadores e em seguida fez-se uma otimização das condições de extração e re-extração de zinco, assim como um estudo de pré-tratamento por ajuste de pH para remoção prévia do ferro. Depois avaliou-se o potencial de cada um dos escolhidos através de estudos de reutilização do extratante em ciclos sucessivos de extração e re-extração, estudos de cinética para conhecimento do tempo de contacto necessário para extração e estudos de capacidade de carga da fase orgânica extratante. Dos dois extratantes comerciais testados, os resultados mais promissores foram obtidos com 20% (p/p) D2EHPA em querosene com 3% (v/v) tributil fosfato (TBP) como modificador, após um tempo de contato de apenas cinco minutos. A eficiência de extração de zinco foi de 98%, mas com co-extração de ferro. No entanto isto pode ser resolvido por pré-tratamento do efluente ajustando o pH a 5.5 para precipitar o ferro antes da extração líquido-líquido. A reextração seletiva de zinco da fase orgânica carregada foi obtida usando 0,6 M de H2SO4. Nestas condições otimizadas a reutilização da fase orgânica foi testada com sucesso em três ciclos de extração e re-extração de zinco sem perda de eficiência. Em relação aos líquidos iônicos, 0.08 M Cyphos® 102 em querosene exibiu seletividade superior em relação à extração de zinco (83%), com pouca ou nenhuma co-extração de ferro. Apesar desta eficiência elevada observou-se um problema de insolubilidade, ficando este líquido iónico numa camada inferior à querosene, o que dificultou a separação da fase orgânica e afetou a sua reutilização. Este problema de insolubilidade foi resolvido com adição de 3% (v/v) decanol como modificador, no entanto a eficiência de extração de zinco diminuiu para 40%. Um aumento da concentração para 0.24 M de Cyphos® 102 em querosene com 3% (v/v) decanol permitiu uma eficiência de 95% de extração de zinco sem o problema da insolubilidade. Por outro lado, a re-extração de zinco desta fase orgânica carregada foi obtida usando 2 M de HNO3. Ainda assim, manteve-se o problema da reutilização da fase orgânica: num segundo ciclo a extração de zinco baixou para 54% e a sua re-extração baixou para 5%. Portanto, serão necessários tempo e esforço dedicados a estudos futuros para avaliar a aplicação de Cyphos®102 na extração líquido-líquido de zinco de águas da indústria de zincagem.pt_PT
dc.description.sponsorshipThis study was performed in the framework of project METALCHEMBIO (no. 29251) financed by national funds through the FCT – Foundation for Science and Technology and cofinanced by the Algarve´s Regional Operational Program (CRESC Algarve 2020), through Portugal 2020 and European Regional Development Fund (FEDER).pt_PT
dc.identifier.tid202482243pt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.1/13986
dc.language.isoengpt_PT
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_PT
dc.subjectLiquid-liquid extractionpt_PT
dc.subjectZinc electroplating effluentpt_PT
dc.subjectSolvent extractionpt_PT
dc.subjectIonic liquidspt_PT
dc.subjectCyphos® 102pt_PT
dc.subjectCyphos® 104pt_PT
dc.subjectD2EHPApt_PT
dc.subjectCyanex® 272pt_PT
dc.subjectZinc extractionpt_PT
dc.subjectMetal-plating wastewaterspt_PT
dc.titleRecovery of zinc from metal-plating industrial wastewaters by liquid-liquid extractionpt_PT
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
rcaap.rightsopenAccesspt_PT
rcaap.typemasterThesispt_PT
thesis.degree.grantorUniversidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia
thesis.degree.levelMestre
thesis.degree.nameMestrado em Inovação Química e Regulamentação (Erasmus Mundus)pt_PT

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