Adsorção Carvão Ativo

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

INSTITUTO DE QUÍMICA Departamento de Físico-Química Campus Universitário de Ondina, Tel/Fax [phone] 40170-290, Salvador, Bahia, Brasil

QUIA65 – CINÉTICA DAS REAÇÕES QUÍMICAS – 2011.1 – Turma P01e P02 Profª. Maria do Carmo Rangel (T01), Guillermo Berrocal (P02) e Amália Luz (P01) Estagiários de Docência: Caio Luis Santos Silva (mestrando) Diego Rodrigues de Carvalho (mestrando) Lilian Moreira dos Santos (mestranda) Sirlene Barbosa Lima (Doutoranda) Márcia de Souza Ramos (Doutoranda)

RELATÓRIO DE EXPERIMENTO 03

" Estudo da adsorção do ácido acético em carvão ativado "

ALUNO: Marina Costa Rodrigues

Abril - 2011 Salvador - Bahia

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA o Relatório de Experimento N 03: " Estudo da adsorção do ácido acético em carvão ativado " Aluno: Marina Costa Rodrigues

1. APRESENTAÇÃO Este relatório descreve as atividades desenvolvidas por Marina Costa Rodrigues, aluna do curso de química da Universidade Federal da Bahia, no âmbito da parte experimental da disciplina QUI-A65-Cinética das Reações Químicas, durante o 1o semestre/2011. A disciplina é ministrada pela Profa. Maria do Carmo Rangel, pela Profa. Amalia Pereira e pelos estagiários de docência Marcia Souza Ramos, Sirlene Barbosa Lima, Diego Rodrigues de Carvalho, Caio Luis Santos Silva, Lilian Moreira dos Santos alunos do curso de pós-graduação em química da UFBA, em nível de mestrado e doutorado. Serão descritos os objetivos, a parte experimental, os resultados, os cálculos, a discussão e as conclusões referentes ao experimento intitulado "Estudo da adsorção do ácido acético em carvão ativado".

Salvador, 20 de maio de 2011

___ Marina Costa Rodrigues

__

DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA Disciplina: QUI-A65 Cinética das Reações Químicas

1

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA o Relatório de Experimento N 03: " Estudo da adsorção do ácido acético em carvão ativado " Aluno: Marina Costa Rodrigues

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA A adsorção é um fenômeno que envolve a adesão de partículas de um sólido, líquido ou gás em uma superfície sólida. Aquelas aderidas são chamadas de adsorvatos, enquanto o adsorvente é a superfície aderente. A adsorção é amplamente usada para fins industriais, aplicada em processos de purificação e separação, sendo principalmente uma alternativa viável para esse meio. Esse fenômeno é descrito em dois tipos distintos, que avaliam a interação entre adsorvato e adsorvente: fisissorção e quimissorção. No primeiro, as partículas do adsorvato interagem fracamente com a superfície do adsorvente. Essa interação pode ser do tipo van der Waals ou interação de dispersão, como até mesmo interação dipolar com átomos do adsorvente [1]. O equilíbrio entre a superfície sólida e a molécula do gás é rapidamente alcançado e a interação entre os componentes não se limita a apenas uma monocamada, podendo estender-se até certa distância [2]. Na quimissorção, a interação entre as espécies envolvidas na adsorção é suficientemente forte para ser considerada uma ligação química, covalente [1]. Entre os adsorventes mais comumente utilizados, encontra-se o carvão ativado (ou carvão ativo), o qual é uma forma de carbono processado, extremamente poroso e com grande área superficial. A superfície do carvão é basicamente apolar, o que lhe confere caráter hidrofóbico e organofílico. Porém, complexos oxigenados presentes na sua superfície, formados a partir da oxidação pelo ar ou também pela estocagem, conferem ao carvão um caráter polar [3]. Dentre as aplicações importantes do carvão ativado, encontra-se a desintoxicação, na qual o carvão retém a substância tóxica, diminuindo a quantidade desse veneno no organismo. A Figura 1 ilustra o carvão ativado e sua estrutura vista através de microscopia [4].

Figura 1. Carvão ativado e sua estrutura microscópica.

DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA Disciplina: QUI-A65 Cinética das Reações Químicas

2

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA o Relatório de Experimento N 03: " Estudo da adsorção do ácido acético em carvão ativado " Aluno: Marina Costa Rodrigues

O estudo da adsorção envolve a construção de isotermas, que são representações gráficas evidenciando a relação entre a quantidade adsorvida por unidade de massa do adsorvente e a quantidade de adsorvato remanescente no meio, em equilíbrio [5]. Diversos modelos de isotermas de adsorção existem atualmente, porém os mais comuns são os de Langmuir e Freündlich. O presente trabalho envolve o uso da isoterma de Freündlich, que estabelece uma equação empírica baseada na distribuição do soluto entre a fase sólida e da fase aquosa em equilíbrio [6]. A Equação 1 representa a expressão matemática, desenvolvida por Erwin Freündlich: (1) A Equação 1 pode ser convertida na Equação 2, ao aplicar o logaritmo neperiano a ambos os lados: (2) em que, em ambas equações, x é a quantidade de soluto adsorvido pela massa m do adsorvente sólido, c é a concentração de adsorvato em equilíbrio e k e n são constantes empíricas. Existem diversas discussões na literatura, acerca do significado dessas constantes empíricas. Salame et al [7] afirma que 1/n é um parâmetro empírico que representa a heterogeneidade das energias do sítios de adsorção. Tseng et al [8] conclui que 1/n pode representar, então, o fator da intensidade da adsorção. Dessa forma, o estudo das isotermas de adsorção constitui um meio útil de análise da capacidade adsortiva de um dado sólido, à medida que o sistema obedece às leis matemáticas estabelecidas por Freündlich, por exemplo. Dentre as diversas substâncias químicas capazes de agir como adsorvato frente ao carvão ativado, está o ácido acético, H3CCOOH. Seu caráter polar conferido pelo grupo carboxila e pela pequena cadeia carbônica permite uma interação com o carvão, sendo este último um bom adsorvente. Em solução de ácido acético contendo carvão ativado, é