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Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Processos Processos de Separao Prof. Dr. Edson Luiz Foletto
ADSORO DO CORANTE BSICO (AZUL DE METILENO) EM CARBONO ATIVADO PREPARADO A PARTIR DA
SERRAGEM DE RATTANFernando Hamerski
Santa Maria, 27 de Junho de 2011
INTRODUO
Corantes da indstria txtil
Origem sinttica; Estrutura molecular aromtica complexa; Inertes; Difcil biodegradao; Carcinognicos e txicos.
INTRODUO
Adsoro Transferncia de massa do tipo slido-fluido na qual se explora a habilidade de certos slidos em concentrar na sua superfcie determinadas substncias existentes em solues lquidas ou gasosas, o que permite separ-las dos demais componentes dessas solues.
INTRODUO
Adsoro Aplicaes: Desumidificao e secagem de gases; Separao de gases raros; Recuperao de vapores de solventes valiosos; Recuperao fermentao; Branqueamento das solues de acar, leos vegetais e minerais; Desodorizao de esgotos, cozinhas e sanitrios; Remoo de contaminantes em efluentes industriais e etc. produtos contidos em mostos de
INTRODUO
Adsoro Capacidade de adsoro: Natureza do adsorvente e seu modo de ativao; Natureza do adsorbato; Condies do processo: - T; - pH;
- Agitao;- Relao adsorbato/adsorvente.
INTRODUO
Cintica de adsoro Descreve a velocidade com a qual as molculas do
adsorbato so adsorvidas pelo adsorvente.Caractersticas fsico-qumicas:
- Adsorbato;- Adsorvente; - Soluo.
INTRODUO
Cintica de adsoro Pseudo-primeira ordem:qe = quantidade do adsorbato no equilbrio (mg/g); qt = quantidade do adsorbato em qualquer tempo (mg/g); K1 = taxa de equilbrio cte. da soro de 1 ordem (1/min).
Equao de Lagergren
INTRODUO
Cintica de adsoro Pseudo-segunda-ordem:qe = quantidade do adsorbato no equilbrio (mg/g); qt = quantidade do adsorbato em qualquer tempo (mg/g); K1 = taxa de quilbrio cte. da soro de 2 ordem (1/min).
INTRODUO
Isotermas de adsoro Para o desenvolvimento de um sistema de adsoro, para aremoo de um determinado adsorbato, importante descrever osdados de equilbrio atravs de um modelo matemtico.
Dados de equilbrioInformaes da quantidade do adsorbato adsorvido no equilbrio em funo da concentrao do adsorbato no equilbrio.
Isotermas de adsoro
Modelos de Langmuir e Freundlich.
INTRODUO
Isoterma de Langmuir Formao de uma monocamada sobre o adsorvente. Hipteses: Molculas adsorvem sobre stios definidos do adsorvente; Cada stio pode ser ocupado por apenas uma molcula; A energia de adsoro de cada stio igual; Quando molculas ocupam stios vizinhos a outras molculas adsorvidas, no h interaes entre as
molculas adsorvidas.
INTRODUO
Isoterma de Langmuir
Superfciehomognea;
do
adsorvente
completamente
N limitado de stios do adsorvente so ocupados pelo soluto.qe = quantidade adsorvida no tempo de equilbrio (mg/g); Ce = concentrao do adsorbato no equilbrio (mg/L); Q = cte. relacionada capacidade de adsoro mx. b = cte. relacionada energia de adsoro.
INTRODUO
Isoterma de Freundlich Bons resultados em superfcies heterogneas
(carves ativados).
qe = quantidade do adsorbato (mg/g); Ce = concentrao do adsorbato no equilbrio (mg/L); Kf = [(mg/g) (L/mg)1/n]; n = ctes. de Freundlich.
* Kf: capacidade de adsoro; * n: intensidade do processo de adsoro.
INTRODUO
Adsorventes Eficincia; Compostos com alto teor de C Pureza; Custo;
Seletividade; Resistncia mecnica; Custo;
rea superficial.
Potencial de ativao.
rea superficial Porosidade
QUMICA SUPERFICIAL
INTRODUO
Adsoro com carbono ativado Metodologia;
Capacidade de adsorver distintos adsorbatos; Simplicidade no design de adsoro. Resduos agrcolas
Vantagens: Alta disponibilidade; Baixo custo.
INTRODUO
Rattan (Famlia Arecaceae) Produto florestal no-lenhoso; Matria-prima produo de CA; Produto com valor agregado; Tratamento de guas residuais. Vantagens:
Recurso renovvel; Baixo custo.
INTRODUO
Produo de carvo ativado Carbonizao T final; Fluxo do gs de arraste; Natureza da matria. Ativao Qumica / Fsica Pirlise
Taxa de aquecimento;
Aumento da rea superficial atravs de reaessecundrias.
OBJETIVOS
Produzir carbono ativado a partir de serragem de
rattan e descobrir a possibilidade de empregar talCA como adsorvente de baixo custo para a remoo do corante azul de metileno de solues aquosas.
Para tanto, dados relacionados ao equilbrio ecintica da adsoro foram estudados.
MATERIAL E MTODOSAdsorbato azul de metileno
No purificado; Lavado 2x com gua destilada; Peso molecular: 373,9 g/mol;
Azul de metileno
MATERIAL E MTODOS
Preparao e caracterizao do carbono ativado Serragem de rattan (RSD): Lavagem com gua destilada quente; Secagem;
Peneirao; Carbonizao a 700C sob atmosfera de N por 1 h; Impregnao com KOH (1:1); Desidratao em forno a =~105C (ON);
MATERIAL E MTODOS
Preparao e caracterizao do carbono ativado Serragem de rattan (RSD): Pirlise - Reator tubular vertical;
- N (99,995%);- Fluxo: 150 cm3/min; - Tf = 850C, 2h; - CO2, 2 h.
MATERIAL E MTODOS
Preparao e caracterizao do carbono ativado Produto ativado (RSD-AC): Resfriado (TA); Lavagem com gua desionizada;
Transferida para bquer contendo 250 mL HCl; Agitao por 1 h; Lavagem com gua desionizada.
MATERIAL E MTODOS
Preparao e caracterizao do carbono ativado Caracterizao textual (RSD-AC): Adsoro por N2 a 77 K (Autosorb I); Brunauer-Emmett-Teller (BET):
- rea superficial: 1.083 m2/g;- dos poros: 2,77 mm; - Volume dos poros: 0,644 cm3/g
MATERIAL E MTODOS
Anlise das amostras Concentrao de azul de metileno no SN antes e aps a adsoro (Espectrofotmetro em UV-vis com feixe duplo, 668 nm);
Inexistncia de absorbncia; Curva de calibrao reproduzvel e linear.
MATERIAL E MTODOS
Estudo do equilbrio Isotermas de adsoro:
43 Erlenmeyers (250 mL); 100 mL sol. de corante (100-500 mg/L); Adio de 0,1 g CA (150 m);
Shaker (=~30C), 24 h; Controle negativo.Quantidade de adsoro em equilbrioC0 = concentrao inicial da fase lq. do corante (mg/L); Ce = concentrao de equilbrio da fase lq. do corante (mg/L); V = vol. da sol. (L); W = massa do adsorvente seco (g).
MATERIAL E MTODOS
Estudo da cintica Ams. aquosas retiradas em distintos intervalos de tempo.
Quantidade de adsoro no tempoC0 = concentrao inicial da fase lq. do corante (mg/L); Ce = concentrao da fase lq. do corante em diferentes intervalos de tempo (mg/L); V = vol. da sol. (L); W = massa do adsorvente seco (g).
RESULTADOS E DISCUSSOEfeito da concentrao inicial de corante na adsoro294 mg/g
Equilbrio < 4 h
96 mg/gLongo tempo de contato
RESULTADOS E DISCUSSO
Isotermas de adsoro Indicam como as molculas de adsoro
distribuem-se entre as fases lquidas e slidas quando o processo de adsoro alcana o estado de
equilbrio.Adequao de modelo Descrever a relao entre a quantidade de corante adsorvido e a sua concentrao de equilbrio.
RESULTADOS E DISCUSSO
Isoterma de Langmuir
Inclinao: 1/Q Interseco: 1/bQ
O modelo indica a natureza homognea do RSD-AC; Demonstra a formao de uma monocamada de cobertura da molcula do corante no exterior da superfcie do RSD-AC.
RESULTADOS E DISCUSSO
Isoterma de LangmuirFator de separao adimensional (RL)C0 = maior concentrao do soluto inicial; b = cte. de adsoro de Langmuir (L/mg).
Adsoro:RL > 1 RL = 1 No favorvel Linear
0 < RL < 1RL = 0
FavorvelIrreversvel
RL = 0,015
RESULTADOS E DISCUSSO
Isoterma de Freundlich
Inclinao: 1/n Interseco: ln(KF)
RESULTADOS E DISCUSSO
RESULTADOS E DISCUSSO
Isotermas de adsoro
RESULTADOS E DISCUSSO
rea superficial: 1.083 m2/g
RESULTADOS E DISCUSSO
Cintica de adsoro 1 ordem
RESULTADOS E DISCUSSO
Cintica de adsoro 2 ordem
RESULTADOS E DISCUSSO
Literatura
CONCLUSES Adsoro de equilbrio inferior a 24 h; Modelo de Langmuir; RL = 0,015 favorvel;
Cintica de pseudo-segunda-ordem; RSD-AC.
REFERNCIAS BIBLIOGRFICASHAMEED, B. H.; AHMAD, A. L.; LATIFF, K. N. A. Adsorption of basic dye (methylene blue) onto activated carbon prepared from rattan sawdust. Dyes and Pigments, v. 75, p. 143e149, 2007.. SCHNEIDER, E. L. Adsoro de compostos fenlicos sobre carvo ativado. Dissertao de Mestrado. Universidade Estadual do Oeste do Paran. Toledo PR, 2008.