Aerogéis de alumina luminescentes obtidos a partir de latas de bebidas pós-consumo e resíduo da reciclagem de lâmpadas fluorescentes

Abstract

As crescentes preocupações ambientais associadas à exploração de fontes fósseis impulsionaram o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis. Contudo, muitas dessas tecnologias ainda apresentam elevada dependência de elementos terras raras (ETRs), cuja extração causa impactos ambientais e possui alto custo. Alinhado aos princípios da química verde, upcycling, mineração urbana e da ODS 12, este trabalho propõe o reaproveitamento de resíduos urbanos como matéria-prima para a síntese de materiais funcionais. Foram desenvolvidos aerogéis luminescentes de alumina a partir de latas de alumínio pós-consumo e do resíduo da reciclagem de lâmpadas fluorescentes, o qual contém principalmente os íons európio e térbio. A síntese dos aerogéis foi realizada a partir de soluções precursoras de AlCl₃, obtidas por dissolução ácida de diferentes partes de latas de alumínio pós-consumo, seguida de gelificação assistida por epóxido e secagem supercrítica. A incorporação dos ETRs à matriz ocorreu via lixiviação direta utilizando o próprio precursor derivado da reação das latas com ácido clorídrico. O resíduo industrial da reciclagem de lâmpadas fluorescentes foi previamente peneirado, e as análises de XRF e ICP-MS comprovaram que a fração com partículas inferiores a 38 μm apresenta maior concentração de ETRs e menor teor de contaminantes como Na 2O e K 2O. A caracterização dos aerogéis preparados foi realizada por diferentes técnicas: FTIR confirmou a presença de ligações Al–O, grupos OH e moléculas de H 2O; DRX evidenciou a transição da fase boemita para gama-alumina após tratamento térmico; análises de BET e BJH permitiram avaliar a área superficial, o volume de poros e a resistência térmica do material observada também nas imagens de TEM e HRTEM que mostraram que os géis são compostos por uma morfologia fibrosa. Já dados de composição como XRF e ICP-MS foram fundamentais para entender a composição da matriz composta principalmente por alumina, além de Mn, Mg, Fe e Cu. Por fim, a fotoluminescência confirmou a emissão característica dos íons Eu 3+, Tb 3+ e Mn 2+, demonstrando que os resíduos utilizados foram eficazmente incorporados ao aerogel, sem alterações estruturais significativas na matriz. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram um enorme potencial para desenvolvimento de novos materiais a partir de resíduos, podendo posteriormente explorar suas aplicações cientificas.

Growing environmental concerns associated with the exploitation of fossil resources have driven the development of sustainable technologies. However, many of these technologies still rely heavily on rare earth elements (REEs), whose extraction entails significant environmental impact and high cost. In alignment with the principles of green chemistry, upcycling, urban mining, and Sustainable Development Goal (SDG) 12, this work proposes the reuse of urban waste as raw material for the synthesis of functional materials. Luminescent alumina aerogels were developed using post-consumer aluminum beverage cans and recycling residues from fluorescent lamps, which primarily contain europium and terbium ions. The aerogels were synthesized from AlCl₃ precursor solutions obtained by acid dissolution of different parts of post-consumer aluminum cans, followed by epoxide-assisted gelation and supercritical drying. The incorporation of REEs into the matrix occurred through direct leaching using the precursor solution derived from the reaction between the cans and hydrochloric acid. The industrial residue from fluorescent lamp recycling was previously sieved, and XRF and ICP-MS analyses confirmed that the fraction with particles smaller than 38 μm has a higher concentration of REEs and lower levels of contaminants such as Na₂O and K₂O. The prepared aerogels were characterized using various techniques: FTIR confirmed the presence of Al–O bonds, OH groups, and H₂O molecules; XRD revealed the phase transition from boehmite to γ-alumina after thermal treatment; BET and BJH analyses were used to assess the surface area, pore volume, and thermal stability of the material, which was also corroborated by TEM and HRTEM images showing a fibrous morphology. Composition analyses by XRF and ICP-MS were essential to understanding the matrix, which consisted mainly of alumina, along with Mn, Mg, Fe, and Cu. Finally, photoluminescence confirmed the characteristic emission of Eu³⁺, Tb³⁺, and Mn²⁺ ions, demonstrating that the waste materials were effectively incorporated into the aerogel without significant structural changes in the matrix. The results of this study reveal great potential for the development of new materials from waste, with prospects for further scientific applications.