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O fósforo (P) é um recurso classificado atualmente como uma matéria-prima crítica pela União Europeia. A preocupação relativa aos elevados padrões de consumo deste elemento, bem como a disponibilidade limitada, fazem com que a sua recuperação seja urgente em alguns contextos industriais. A utilização em fertilizantes e a ingestão de P nos países desenvolvidos excede as necessidades nutricionais, provocando elevadas perdas, em particular nas estações de tratamento de águas residuais (ETAR), constituindo uma excelente oportunidade para implementação de sistemas de recuperação de P. Este trabalho teve como principal objetivo investigar a utilização de hidróxidos duplos lamelares (LDH) para a recuperação eficiente de P a partir de matrizes aquosas e a sua subsequente aplicação como fertilizante.O foco inicial desta investigação foi a avaliação das formas calcinadas e prístinas de LDH comerciais, MgAl e ZnAl-LDH, e verificar qual o impacto deste tratamento térmico pós-síntese na capacidade de sorção, na cinética e nas alterações estruturais durante a sorção do P. A análise estrutural através do DRX revelou que, após a calcinação, o MgAl-LDO readquire a sua estrutura inicial quando em contacto com uma solução aquosa devido ao “efeito de memória”, enquanto o ZnAl-LDO mantém o seu estado de óxidos metálicos. O ZnAlNO3 apresentou uma maior capacidade de remoção quando comparado com a forma calcinada (ZnAl-LDO), o que indica que, neste caso, a calcinação não melhora a sua capacidade de sorção. A influência dos aniões intercalados foi avaliada utilizando ZnAlNO3 e ZnAlCl, ambos sintetizados pelo método de coprecipitação. Foram realizadas experiências em descontínuo utilizando uma solução sintética rica em fósforo para avaliar o equilíbrio e a cinética de sorção. A remoção do fósforo ao longo do tempo foi descrita com precisão pelo modelo de Elovich para ZnAlNO3 e pelo modelo de pseudo-segunda ordem (PSO) para o ZnAlCl. Os valores das capacidades máximas de sorção de P foram de 72,41 mg P g-1 para o ZnAlNO3 e 72,05 mg P g-1 para o ZnAlCl. Também foi estudado o efeito dos aniões que competem com o fosfato tendo-se verificado que a presença do ião carbonato afetou significativamente o desempenho de ambos os ZnAl-LDH. Adicionalmente, foi feita uma tentativa para regenerar o material por dessorção em meio alcalino. No entanto, a recuperação do fósforo foi insatisfatória, tendo-se formado precipitados de óxido de zinco durante o processo. O ZnAl-LDH demonstrou excelente eficácia no tratamento do efluente reais, alcançando eficiências de remoção de fósforo superiores a 90% para ambos os materiais. Os testes de equilíbrio em descontínuo mostraram que o tamanho das partículas afetou a capacidade de sorção de P, sendo que partículas de LDH menores (< 250 µm) apresentaram maior sorção do que as maiores (500 – 1000 µm). Os estudos realizados envolveram também LDH de MgAlNO3 e MgAlCl. O MgAlNO3 foi sintetizado através do método de coprecipitação, enquanto o MgAlCl foi preparado através de permuta aniónica. O modelo de Langmuir foi o que melhor descreveu a sorção de fosfato pelo MgAlNO3, com uma capacidade de 49,2 mg g-1. O equilíbrio de sorção do MgAlCl foi bem descrito pela isotérmica de Freundlich. A cinética de sorção seguiu o modelo PSO para MgAlCl e o modelo PFO para MgAlNO3.O LDH do tipo ZnAlCl foi o selecionado para os ensaios em coluna de leito fixo. Neste contexto, foram realizadas experiências para avaliar efeito da altura do leito e do caudal nas curvas de rutura. Os resultados demostraram que para velocidades superficiais mais baixas e leitos mais longos, os tempos de exaustão foram prolongados. O modelo Yoon-Nelson modificado ajustou-se melhor aos dados experimentais quando comparado ao modelo logístico de crescimento, permitindo descrever de forma mais precisa da dinâmica de adsorção.Através de testes de incubação no solo foi confirmado que o LDH carregado com P aumentou inicialmente o pH do solo e garantiu a liberação gradual de P, mantendo baixos níveis de fósforo extratável com água, mitigando assim o risco de escoamento ambiental. O LDH com partículas finas apresentou maior biodisponibilidade do que com partículas maiores. A ecotoxicidade de quatro tipos de LDH (MgAlNO3, MgAlCl, ZnAlNO3 e ZnAlCl) foi avaliada em quatro espécies de água doce: Raphidocelis subcapitata, Spirodela polyrhiza, Brachionus calyciflorus e Heterocypris incongruens. Os resultados mostraram que os LDH contendo zinco foram significativamente mais tóxicos do que os LDH à base de magnésio, confirmando que a composição do metal influencia consideravelmente a ecotoxicidade. A presença dos aniões de cloreto nos LDH geralmente aumentaram a toxicidade, quando comparados com as formas com nitrato. Entre as espécies testadas, a sensibilidade aumentou na seguinte ordem: Spirodela polyrhiza < Raphidocelis subcapitata < Brachionus calyciflorus < Heterocypris incongruens refletindo diferenças nas suas funções ecológicas e características fisiológicas.

Phosphorus (P) is a non-renewable resource, essential for life and food production, and is currently classified as a Critical Raw Material by the European Union. Due to the concerns regarding the high consumption patterns and the finite reserves in certain locations, it is crucial to recover P. Phosphorus intake in developed countries often exceeds nutritional requirements, leading to significant losses through wastewater treatment plants (WWTPs), which represent a potential opportunity for implementing P recovery systems. This study aimed to investigate the use of Layered Double Hydroxides (LDHs), for the efficient recovery of P from aqueous matrices and their subsequent application as a fertiliser solution.The initial focus of this research was on evaluating the calcined and pristine forms of commercial LDH, MgAl-LDH, and ZnAl-LDH, and the impact of this post-synthesis thermal treatment on the sorption capacity, kinetics, and structural changes during phosphate uptake. Structural analysis by XRD revealed that, after calcination, MgAl-LDO reacquires its original layered structure upon contact with an aqueous solution due to the “memory effect”, whereas ZnAl-LDO retains its metal oxide state. Moreover, the ZnAlNO3 exhibited a higher P removal capacity compared with ZnAl-LDO, indicating that, in this case, calcination does not improve the sorption capacity of the material. The influence of interlayer anions was assessed using ZnAlNO3 and ZnAlCl, both synthesised via coprecipitation. Batch experiments with a synthetic phosphorus-rich solution were conducted to evaluate equilibrium and kinetics. Phosphorus removal over time was best described by the Elovich model for ZnAlNO3 and the pseudo-second-order (PSO) model for ZnAlCl. The phosphate loading capacities were 72.41 mg P g-1 for ZnAlNO3 and 72.05 mg P g-1 for ZnAlCl. The effect of competing anions was also examined, revealing that carbonate species significantly impaired the sorption performance of both ZnAl-LDH. Attempts to regenerate the material via desorption in an alkaline medium were unsuccessful, as P recovery was low, and zinc oxide-based precipitates formed during the process. Nonetheless, ZnAl-LDH demonstrated excellent performance in real wastewater, achieving P removal efficiencies above 90% for both materials. Batch equilibrium tests demonstrated that particle size had a notable effect on P uptake, with smaller LDH particles (< 250 µm) displaying higher sorption capacities than larger particles (500 - 1000 µm). Additionally, two other LDH were tested: MgAlNO3 and MgAlCl. The first material was synthesised via coprecipitation, whereas MgAlCl was prepared through anion exchange. Phosphate uptake by MgAlNO3 was best described by the Langmuir model, with a sorption capacity of 49.2 mg g-1. In contrast, the sorption equilibrium of MgAlCl was well described by the Freundlich isotherm. The sorption kinetics data were well described by the PSO model for MgAlCl and the PFO model for MgAlNO3.ZnAlCl was chosen for the column experiments. Fixed-bed column tests were conducted to assess the effects of bed height and flow rate on breakthrough curves, revealing that lower superficial velocities and taller beds extended sorbent exhaustion times. The modified Yoon-Nelson provided a better fit to the breakthrough data than logistic models, allowing for more accurate analysis of the adsorption dynamics.Preliminary soil incubation tests confirmed that P-loaded LDH initially raised soil pH and provided sustained phosphorus release, while maintaining water-extractable phosphorus at low levels, thereby reducing the risk of environmental runoff. Furthermore, fine particles of P-loaded LDH demonstrated higher bioavailability compared to larger particles.The ecotoxicity of four types of LDH (MgAlNO3, MgAlCl, ZnAlNO3, and ZnAlCl) was assessed on four freshwater species: Raphidocelis subcapitata, Spirodela polyrhiza, Brachionus calyciflorus and Heterocypris incongruens. The results showed that zinc-containing LDH were more toxic than magnesium-based LDH, confirming that metal composition plays a key role in determining ecotoxicity. Chloride-containing LDH generally exhibited higher toxicity compared to nitrate forms. Among the species tested, sensitivity increased in the order: Spirodela polyrhiza < Raphidocelis subcapitata < Brachionus calyciflorus < Heterocypris incongruens, reflecting differences in ecological function and physiological characteristics.