Adsorção de fenol em carvão activado

Índice

Resumo        2

Introdução        3

Procedimento Experimental        5

Resultados e Discussão        6

Conclusões        7

Referências        8

Anexos        9

Resumo

Pretende-se com a realização desta atividade estudar o processo de adsorção de fenol com carvão ativado numa coluna de leito fixo.

Para tal, em laboratório foram recolhidos, entre outros, dados relativos à absorvância de amostras cronometradas do fluído circulante de fenol pela coluna de carvão ativado. Com os dados recolhidos procedeu-se à construção da curva de calibração de fenol e a curva de “breakthrough”, concentração de fenol em função do tempo.

Por fim, foram calculados parâmetros como a fração útil, capacidade e LMTZ. Os resultados obtidos apresentam-se na tabela seguinte. [Tabela x]

Introdução

Os processos de adsorção e desorção estão intrinsecamente ligados. Segundo Ronald Rousseau adsorção define-se como sendo um processo de concentração seletiva de um ou mais componentes de um gás ou líquido – adsorvido – na superfície de um sólido microporoso – adsorvente. A desorção é o processo oposto, também conhecido por regeneração do adsorvente, ocorre através do aumento da temperatura, diminuição da pressão, variação do pH ou, através da utilização de um desorvente químico. A importância da desorção deve-se à possibilidade de recuperação dos adsorvidos bem como a recuperação e reutilização do adsorvente, ainda assim, em alguns casos é impraticável. [1]

A adsorção pode ser física – quando as forças de van der Waals são responsáveis pela ligação entre os intervenientes – ou química – quando, por exemplo, são formadas pontes de hidrogénio. Apesar da adsorção química ter ligações mais fortes, a adsorção física é a mais utilizada por tornar a desorção mais fácil. [2]

Nesta atividade experimental, procedeu-se a uma adsorção física, utilizando-se como adsorvente o carvão ativado e como adsorvido o fenol.

O carvão ativado é um dos adsorventes mais utilizados na industria sendo um dos mais poderosos, devido à sua elevada área superficial e à presença de variados grupos funcionais. [3] Trata-se de uma forma processada de carbono por forma a desenvolver a porosidade interna o que, consequentemente, aumenta a área superficial e a capacidade de adsorver gases e/ou substâncias dissolvidas em líquidos. [1]

Por outro lado, o fenol é um dos principais poluentes orgânicos produzidos em diversas etapas da refinação do petróleo – água fenólica – caracterizado por ser tóxico, cancerígeno e por possuir baixa capacidade de biodegradação. [4] [5] Os processos de adsorção utilizando como adsorvente o carvão ativado, são amplamente aplicados no tratamento de efluentes contaminadas por este composto. [6]

O processo de adsorção pode ser descrito por vários modelos, isto é, o equilíbrio entre o soluto adsorvido à superfície do adsorvente e o soluto dissolvido no fluido eluente a uma determinada temperatura pode ser traduzido através diversas isotérmicas de adsorção – Isotérmica Linear, de Langmuir, BET (Brunauer, Emmet e Teller), de Freundlich, entre outras. [2] No entanto, dada a dificuldade de obtenção de soluções analíticas é necessária a aplicação de modelos. 

No decorrer da análise de dados deste trabalho será aplicado o Modelo da Zona de Transferência de Massa (MTZ – Mass Transfer Zone), um modelo empírico, assente em evidências experimentais e independente da escala do processo, que assume que o comportamento de transferência num leito fixo se baseia nas zonas de transferência de massa. [2] Considera-se a Zona de Transferência de Massa como sendo a porção do leito na qual o soluto é adsorvido na superfície sólida do adsorvente e é definida entre os pontos de breakthrough – em norma definido como sendo 5% da concentração inicial – e de exaustão – ponto em que se atinge a saturação  [Figura 1]. [7][pic 1]

[pic 2]

Figura 1 Curva de breakthrough para leito fixo e MTZ. [8]

Utilizando o tempo de transferência de massa (tMTZ) retirado diretamente da curva de breakthrough (C/C0 vs tempo) entre os pontos  e  e a velocidade da onda de choque (ush) determinada por:[pic 5][pic 3][pic 4]

[pic 6]

Onde L é o comprimento médio do leito e tcentro o tempo correspondente a , é possível determinar o comprimento da zona de transferência de massa através da seguinte equação: [pic 8][pic 7]

[pic 9]

Desta forma, é ainda possível determinar a fração de leito utilizado na transferência de massa, seguindo o modelo e aplicando a equação que se segue: [pic 10]

[pic 11]

A fração de leito útil e o comprimento médio da coluna estão intrinsecamente ligados, sendo que são inversamente proporcionais, isto é, quanto maior o comprimento da coluna menor será a fração útil do leito.

Por fim, a determinação da quantidade máxima de soluto que pode ser absorvida na coluna é feita através do calculo da variável Capacidade do Leito, através da equação 4 onde qsat representa a capacidade de saturação do adsorvente para a alimentação CF: [pic 12]

[pic 13]

Procedimento Experimental

        

Iniciou-se a atividade experimental com a pesagem de 15g de carvão ativado, posteriormente colocados na coluna e molhou-se com o cuidado de se quebrarem eventuais bolhas formadas com a adição da água, por forma a obter-se o leito mais homogéneo possível. Terminada esta fase, mediu-se a altura inicial do leito.