Adsorção em carvão ativado

PRÁTICA 01: ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO E CINÉTICA DE EQUILÍBRIO

(FÍSICO-QUÍMICA E CINÉTICA QUÍMICA)

 

C. R. OLIVEIRA , D. A. NASCIMENTO, F. S. S. MORAIS, M. ANDRADE, M.C.G. MORAIS, T. S. MENEZES.

1 Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Química

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RESUMO Adsorção é o processo de transferência de massa entre uma superfície sólida e uma fase fluida, líquida ou gasosa, que possui a capacidade de enriquecer determinadas espécies na interface sólido-fluido. Foram preparadas cinco soluções de diferentes ácidos, etanóico, propanóico, butanóico, com concentrações variadas em presença de 1g de carvão ativado. Retirou-se uma alíquota de 10 mL nos tempos 0, 15, 30, 45, 60, 75 e 90 minutos com o cuidado necessário para não remover carvão, identificando os frascos.  Foram tituladas as alíquotas de 10 mL com uma solução de hidróxido de sódio 0,05M, em presença de fenolftaleína. Filtrou-se o carvão ativado e após seco, o pesou. Obteve-se a concentração de equilíbrio e a quantidade de massa adsorvida por unidade de adsorvente para todos os ácidos em cada concentração, podendo assim construir as isotermas de Langmuir e Freundlich. Concluiu-se que a primeira não se correlacionou bem com os dados obtidos, enquanto que a segunda, foi possível se obter uma correlação aceitável e confiável com os dados obtidos experimentalmente.

1. INTRODUÇÃO

A adsorção é uma interação fisico-química onde um componente das fases gasosa ou líquida é transferido para a fase sólida, a adsorção pode ser então definida pelo acumulo ou concentração de uma determinada substância em uma superfície ou interface (WEBER, 1972 apud PETRONI, 2004). Isso ocorre devido ao desbalanceamento de forças entre as fases, atraindo para superfície sólida moléculas, íons e átomos. Os componentes que são acumulados na superfície são os adsorvatos e a fase sólida que os acolhe é chamada de adsorvente (SOARES, 1998).

O carvão ativado é um importante adsorvente, a adsorção de compostos orgânicos feita por ele é muito utilizada, por exemplo, em tratamentos de efluentes industriais. Composto por uma base grafítica onde podem se acomodar elementos como oxigênio, nitrogênio e hidrogênio (GUILARDUCI et al., 2006). Sua estrutura é porosa e sua alta capacidade de adsorção é devido a essa porosidade juntamente com a distribuição de seus poros (SOARES, 1998), possui ainda, uma alta área superficial e presença de uma variedade de grupos funcionais (GUILARDUCI et al., 2006).

O carvão ativado é fortemente utilizado para a adsorção de compostos orgânicos em soluções aquosas devido suas propriedades hidrofóbicas e afinidade com compostos orgânicos diluídos (SOARES, 1998). Esse material pode ser obtido a partir de diversas matérias primas como carvão mineral, madeira, hulha, lignina, casca de coco, açúcares, entre outros (GUILARDUCI et al., 2006; SOARES, 1998).

A cinética de adsorção é o estudo da velocidade que um componente da fase liquida ou gasosa que é transferido para o adsorvente. A primeira etapa da adsorção pode ser afetada pela concentração do adsorvato, sendo que a isoterma de equilíbrio fornece a capacidade máxima de adsorção. Já a segunda etapa, depende da natureza das moléculas da solução aquosa e, a terceira etapa é considerada determinante devido a difusão efetiva entre adsorvato e adsorvente (SOARES, 1998). Temperatura, pH, concentração de sais, concentração inicial, a agitação, o tamanho das partículas, distribuição do tamanho dos poros e da variabilidade do efluente, são fatores que determinam e podem alterar significativamente a velocidade de reação (SUN & XIANGJING, 1997 apud SOARES, 1998).

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Reagentes
Ácido etanóico P.A.	100 mL
Ácido propanóico P.A.	100 mL
Ácido butanóico P.A.	100 mL
Hidróxido de sódio 0,05 M padronizado	1,3 L
Fenolftaleína 1%	100 mL
Carvão ativado granular	30 g
Vidrarias
Erlenmeyer (125 mL ou 250 mL)	5/15
Pipeta graduada (1 mL)	1/3
Pipeta graduada (2 mL)	1/3
Pipeta volumétrica (10 mL)	5/15
Béquer (250 mL)	5/15
Bureta (25mL ou 50 mL)	1/3
Bastão de vidro	1/3
Demais materiais
Papel de filtro	15
Cronômetro	1

1. Preparpu-se cinco soluções de ácido etanóico com concentrações de 0,02M; 0,04M; 0,06M; 0,08M; e 0,1M, e cada uma com 250 mL;
2. Preparou-se cinco soluções de ácido propanóico com concentrações de 0,02M; 0,04M; 0,06M; 0,08M; e 0,1M, cada uma com 250 mL;
3. Preparou-se cinco soluções de ácido butanóico com concentrações de 0,02M; 0,04M; 0,06M; 0,08M; e 0,1M, cada uma com 250 mL.
4. Em cinco béqueres de 250mL, adicionou-se aproximadamente 1g de carvão ativado granulado em cada um deles;
5. Adicionou-se em cada um dos béqueres, 200 mL de cada uma das correspondentes soluções preparadas. Marcou-se a hora de início da operação.
6. Agitou-se as soluções a cada  2 minutos com ajuda de uma placa magnética.
7. Retirou-se uma alíquota de 10 mL nos tempos 0, 15, 30, 45, 60, 75 e 90 minutos com o cuidado necessário para não remover carvão, identificando os frascos.
8. Titulou-se as alíquotas de 10 mL com uma solução de hidróxido de sódio 0,05M, em presença de fenolftaleína, e anotou-se o volume gasto.
9. As soluções que não foram tituladas ficaram em repouso e filtrou-se o carvão ativado.
10. Após seco, pesou-se o carvão ativado.
11. Repetiu-se o procedimento do item 4 ao item 10 para os três ácidos.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com o objetivo de avaliar a cinética de adsorção por carvão ativado, foi utilizado três tipos de ácidos carboxílicos de diferente peso molecular. Os ácidos utilizados foram o etanoico 99,7%, o propanoico 99,5% e o butanóico 99%. As soluções de adsorvato preparadas apresentavam concentração teórica de 0,02 M, 0,04 M, 0,06 M, 0,08 M e 0,1 M para cada um dos ácidos. Para determinar o volume necessário no preparo de cada solução acida, foi utilizado a Equação 1, atentando e considerando o valor de densidade e grau de pureza de cada reagente.