Síntese de membranas condutoras superiônicas pela rota vitrocerâmica para prospecção de lítio do oceano

dc.contributor.advisor-co1Rodrigues, Ana Candida Martins
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4499231813051400
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1689-796X
dc.contributor.advisor1Almeida, Juliana Mara Pinto de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7830925338249360
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4809-6278
dc.contributor.authorAntoniolli, João Felipe Pierdoná
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0471236904803346
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-7992-8124
dc.date.accessioned2025-05-07T20:52:29Z
dc.date.issued2025-02-17
dc.description.abstractThe advancement of technologies and the increasing use of batteries in recent years have heightened the demand for lithium, with consumption projections reaching 2.4 Mton by 2030. Accordingly to current data, there is growing concern that land reserves will not suffice to meet this long-term demand, making the exploration of alternative sources essential. One such alternative is lithium extraction from seawater, in which reserves of this element exceed terrestrial reserves by nearly 2000 times. This project aims to develop membranes for lithium extraction from seawater using glass-ceramics of composition Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP), as well as to maximize their ionic conductivity through the study of crystallization heat treatments. The synthesis began with glass preparation, involving mixing precursor powders, calcinating at 700 ° C for 2 hours, and melting at 1250 °C for 30 minutes. The glass was then crystallized in two stages: nucleation at 513°C for 1, 2, and 3 hours (N1, N2, and N3), followed by growth at 800°C for 3 and 4 hours (C3 and C4). Samples, named N1C3, N2C3, N3C3, N1C4, N2C4, and N3C4 according to the heat treatments. The average density obtained was up to 96%, with the N3C4 sample, also showing a high ionic conductivity of 4.4.10−4 S.cm−1 at room temperature. After the crystallization study, LAGP glass-ceramic membranes with a diameter of 25 mm were synthesized and tested in electrodialysis to recover lithium from concentrated solutions, achieving a high extraction rate of 13.16 g/m2h. Furthermore, lithium extraction from seawater was demonstrated, with significant sodium selectivity, reducing its concentration by 100 times, highlighting the material’s potential for lithium recovery from aqueous solutions. Additionally, it was possible to qualitatively correlate ionic selectivity with electrochemical properties such as open-circuit potential and polarization resistance.eng
dc.description.resumoO avanço tecnológico e o crescente uso de baterias têm aumentado a demanda por lítio, com previsões de consumo de até 2,4 Mton até 2030. De acordo com os dados atuais, há uma preocupação que as reservas terrestres não serão suficientes para atenderão a essa demanda no longo prazo, tornando necessária a busca por fontes alternativas. Uma delas é a extração a partir da água do mar, onde as reservas desse elemento superam em 2000 vezes as reservas terrestres. Este projeto visa desenvolver membranas para extração de lítio da água do mar, utilizando vitrocerâmica de composição Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP), e maximizar sua condutividade iônica por meio do estudo dos tratamentos térmicos de cristalização. A síntese foi iniciada pela preparação do vidro, misturando os pós precursores, calcinando-os a 700°C por 2 horas, seguido da fusão a 1250°C durante 30 minutos. O vidro foi então cristalizado em duas etapas, de nucleação em 513°C, com tempos de 1, 2 e 3 horas (N1, N2 e N3), e crescimento em 800°C, por 3 e 4 horas (C3 e C4). As amostras foram denominadas N1C3, N2C3, N3C3, N1C4, N2C4 e N3C4, conforme os tratamentos térmicos. Altas densidades médias (96%) e condutividade iônica em temperatura ambiente (4,4x10−4 S.cm−1) foram obtidas para a condição N3C4. Após o estudo de cristalização, membranas LAGP vitrocerâmicas de 25 mm de diâmetro foram sintetizadas e testadas em eletrodiálise para recuperar lítio de soluções concentradas, e os resultados mostraram uma alta taxa de extração, de 13,16 g/m²h. Além disso, comprovou-se a extração de lítio da água do mar, com importante seletividade ao sódio, reduzindo sua concentração em 100 vezes, mostrando o potencial do material na recuperação de lítio de soluções aquosas. Ademais, correlacionou-se qualitativamente a seletividade iônica às propriedades eletroquímicas, como o potencial de circuito aberto e a resistência à polarização.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.838839/2023-00
dc.identifier.citationANTONIOLLI, João Felipe Pierdoná. Síntese de membranas condutoras superiônicas pela rota vitrocerâmica para prospecção de lítio do oceano. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22022.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22022
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectExtração de lítio
dc.subjectEletrodiálise
dc.subjectLAGP
dc.subjectVitrocerâmicas
dc.subjectCondutores superiônicos
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.titleSíntese de membranas condutoras superiônicas pela rota vitrocerâmica para prospecção de lítio do oceano
dc.title.alternativeSynthesis of superionic conducting membranes via the glass-ceramic route for lithium prospecting from the oceaneng
dc.typeDissertação

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