ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO E CINÉTICA DE EQUILÍBRIO

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 ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO E CINÉTICA DE EQUILÍBRIO

Autores: Christovam de Carvalho Almeida  

Filipe Siman Assis Alves  

Juliana Barcellos da Silva Sacramento 

Letícia Menezes de Morais 

 

Orientadora: Dr. Letícia Fabri Turetta

Coronel Fabriciano - MG

Fevereiro/2022

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO        4

2 OBJETIVOS        5

3 REFERENCIAL TEÓRICO        5

4 MATERIAIS E METÓDO        8

REFERÊNCIAS        8

1 INTRODUÇÃO

Segundo NASCIMENTO et al. (2014) a adsorção pode ser definida como uma operação de transferência de massa que tem como finalidade estudar habilidades de certos sólidos em concentrar na sua superfície determinadas substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos, possibilitando assim a separação dos componentes desses fluidos. Dessa forma, uma vez que os componentes adsorvidos concentram-se sobre a superfície externa, quanto maior for esta superfície por unidade de massa sólida mais favorável será a adsorção.

Sabe-se que o processo de adsorção pode ocorrer por meio de duas formas diferentes de interação entre as moléculas do meio fluido e as do sólido: a adsorção física (fisissorção) quando envolve interações relativamente fracas, por meio de uma diferença de energia ou forças de atração chamada força de Van der Waals e a adsorção química (quimissorção), quando ocorre uma interação de natureza química, envolvendo uma troca ou partilha de elétrons entre as moléculas do adsorvato e a superfície do adsorvente. No entanto, em certas ocasiões, os dois tipos de interações podem ocorrer simultaneamente (RUTHVEN, 1984).

De acordo com DOMINGUES (2005) a natureza físico-química do adsorvente é fator determinante, visto que a capacidade e a taxa de adsorção dependem da área superficial específica, porosidade, volume específico de poros, distribuição do tamanho de poros, dos grupos funcionais presentes na superfície do adsorvente e da natureza do material precursor.

É válido ressaltar que os estudos cinéticos são de extrema importância, tendo em vista que é através dos modelos cinéticos que se obtém informações sobre o comportamento adsorvato-adsorvente e eficiência do processo de adsorção (OLIVEIRA, 2009).

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

• Determinar a cinética de adsorção, os parâmetros cinéticos e equilíbrio de adsorção de um ácido carboxílico em carvão ativado de maneira a colocar em prática os conhecimentos adquiridos na disciplina de cinética.

2.2 Objetivos específicos

• Realizar o cálculo da concentração final de cada solução de ácido e montar o gráfico da concentração do ácido em função do tempo.
• Obter a concentração de equilíbrio.
• Construir as isotermas de adsorção.
• Determinar os parâmetros para as equações de isoterma de Langmuir e de Freundlich.
• Avaliar as vantagens e desvantagens para cada isoterma de adsorção.
• Comparar a análise titulométrica e gravimétrica para a obtenção da quantidade de ácido adsorvida no carvão ativado.

3 REFERENCIAL TEÓRICO

A adsorção é um fenômeno físico-químico que pode ser definido como um processo de acumulação ou a concentração de substâncias em uma superfície ou interface. Durante este processo, um componente de uma fase gasosa ou líquida é transferido para superfície de uma fase sólida (PETRONI, 2004).

Dessa forma, quando as moléculas do adsorvato entram em contato com um adsorvente, ocorrerá uma força de atração entre o sólido e as moléculas do fluido que poderá provocar a sua fixação na superfície do sólido. Essa intensidade está relacionada com a natureza do sólido e com o tipo de moléculas adsorvidas, como também pode variar com fatores pressão, temperatura e o processo a ser empregado na preparação do adsorvente. Faz-se necessário reiterar que a atração do adsorvente por alguns tipos de moléculas é tão forte que praticamente todas as moléculas incidentes ficarão retidas até saturar os sítios ativos ou até que as condições da superfície sejam alteradas de forma a reduzir as forças de atração (GOMIDE, 1980).

Acredita-se que uma das características mais importantes de um adsorvente é a quantidade de substâncias que possa acumular ou possa ser retirada da superfície do mesmo. Assim, uma forma que descreva essa acumulação é expressar a quantidade de substância adsorvida por quantidade de adsorvente (Qe) em função da concentração de adsorvato (Ce) em solução. Uma expressão desse tipo denomina-se isoterma de adsorção (LETTERMAN, 1999.; OSCIK e COOPER 1982).

Isotermas podem ser definidas como diagramas que mostram a variação da concentração de equilíbrio no sólido adsorvente com a pressão parcial ou concentração da fase líquida, em uma determinada temperatura (NASCIMENTO et al., 2014).

Existem alguns tipos de isotermas, O modelo de Langmuir (1918), que considera adsorção sobre a superfície do adsorvente em uma camada, foi inicialmente desenvolvido para representar a quimissorção em sítios diferentes de adsorção (RUTHVEN, 1984). A equação da mesma relaciona a cobertura de moléculas em uma superfície sólida a uma temperatura fixa. A equação de Langmuir tem a seguinte forma (FEBRIANTO et al., 2009):

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A equação frequentemente usada para formas lineares para determinar valores como o de KL possui a seguinte forma:

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Já a equação de Freundlich sugere que a energia de adsorção decresce logaritmicamente, à medida que a superfície vai se tornando coberta pelo soluto, o que a diferencia da equação de Langmuir. O modelo de Freundlich pode ser derivado teoricamente ao se considerar que o decréscimo na energia de adsorção com o aumento da superfície coberta pelo soluto é devido à heterogeneidade da superfície (Bohn et al., 1979).

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Por fim, os métodos gravimétricos são quantitativos e tem como objetivo a determinação de massa de um composto ao qual o analito está quimicamente relacionado. Realiza-se através da medida de massa em uma balança analítica, um instrumento que fornece dados exatos e precisos (WEST et al., 2014).

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