dissertacao carolina niedesberg

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Carolina Niedersberg

ENSAIOS DE ADSORO COM CARVO ATIVADO

PRODUZIDO A PARTIR DA CASCA DO TUNGUE

(Aleurites fordii), RESDUO DO PROCESSO

DE PRODUO DE LEO

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em

Tecnologia Ambiental Mestrado, rea de Concentrao em

Gesto e Tecnologia Ambiental, Universidade de Santa Cruz do

Sul UNISC, como requisito parcial para obteno do Ttulo de

Mestre em Tecnologia Ambiental.

Orientador: Prof. Dr. Rosana de Cssia de Souza Schneider

Prof. Dr. Adriane Lawisch Rodriguez

Santa Cruz do Sul, Outubro de 2012.

ENSAIOS DE ADSORO COM CARVO ATIVADO PRODUZIDO A PARTIR DA CASCA DO

TUNGUE (Aleurites fordii), RESDUO DO PROCESSO DE PRODUO DE LEO

Esta Dissertao foi submetida ao programa de Ps-Graduao em Tecnologia Ambiental

Mestrado, rea de Concentrao Gesto Ambiental e Tecnologia Ambiental, Unidade de

Santa Cruz do Sul UNISC, como requisito parcial para obteno do Ttulo de Mestre em

Tecnologia Ambiental.

COMISSO DA BANCA AVALIADORA

Dra. Simone Stulp

Centro Universitrio UNIVATES

Dr. Diosnel Antonio Rodriguez Lopez

Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC

Dr. Rosana de Cssia de Souza Schneider

Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC

Orientadora

Dr. Adriane Lawisch Rodriguez

Universidade de Santa Cruz do Sul UNISC

Co-orientadora

AGRADECIMENTO

Agradeo s orientadoras Rosana de Cssia de Souza Schneider e Adriane Lawisch Rodriguez,

pelo auxlio e superviso deste trabalho, e tambm pela oportunidade concedida;

Ao professor Diosnel A. Rodriguez Lopez, por toda ajuda e apoio fornecidos ao longo deste

trabalho;

A todos os professores do Mestrado em Tecnologia Ambiental, por compartilharem seu

conhecimento;

A todos os colegas e novas amizades construdas no curso de Mestrado em Tecnologia

Ambiental, em especial os colegas Rosana Mller, Alexandre Ferraz, Gilberto Falk, Ezequiel

Cremonese e Carla Cremonese;

A bolsista do curso de qumica industrial, Eliana Werlang, por todo o auxlio fornecido para a

execuo deste trabalho;

Ao meu marido, Rangel Ghisleni, pela pacincia, compreenso, incentivo e apoio, sempre

incondicionais;

Aos colegas da empresa R. G. Ghisleni Consultoria Ambiental, em especial ao colega Robson

E. Gehlen Bohrer, por todo o suporte fornecido neste perodo;

Ao CNPQ, pela concesso da bolsa de mestrado.

RESUMO

O presente trabalho consistiu na realizao de uma srie de ensaios de adsoro utilizando o

carvo ativado produzido a partir da casca do tungue (Aleurites fordii), um dos resduos

gerados pelo processo de extrao do leo de tungue. Para tanto a amostra foi submetida a

diferentes tratamentos, carbonizao a 700 C, com e sem atmosfera inerte, e com e sem

tratamento qumico com cloreto de zinco. Para avaliao do material obtido foram

realizados testes de adsoro de solues do corante azul de metileno, em funo de

variveis como tempo, quantidade de material adsorvente, granulometria do material

precursor e concentrao da soluo de corante. O material in natura e carvo foram

caracterizados por microscopia eletrnica de varredura (MEV) e por BET. A avaliao do grau

de adsoro de cada material foi determinada por espectroscopia molecular na regio do

visvel (660 nm). Os resultados mostraram que a melhor condio para produo de carvo

vegetal ativado a partir da casca do tungue foi obtida com tratamento qumico antes da

carbonizao. A eficincia de remoo do corante aumentou com o aumento do tempo de

contato entre adsorvente e adsorbato e o material com menor granulometria (> 0,5 mm)

apresentou melhor eficincia de adsoro.

As anlises por MEV mostraram que o material carbonizado e tratado quimicamente com

ZnCl2 apresentou uma estrutura heterognea e irregular, com a presena de estruturas

tubulares que provavelmente acarretaram em um aumento da rea superficial do material,

aumentando a rea para adsoro das molculas do corante. Aps o tratamento qumico,

atravs da anlise por BET observou-se que a rea superficial aumentou de 340,32 m g-1

para 2201,57 m g-1. Desta forma foi possvel concluir que o carvo ativado obtido da casca

de tungue adequado para a adsoro de corantes como o azul de metileno.

PALAVRAS-CHAVES: adsoro, carvo ativado, tratamento qumico, azul de metileno,

tungue.

ABSTRACT

ADSORPTION TESTS WITH ACTIVATED CARBON PRODUCED FROM TUNG PEEL (Aleurites

fordii), A WASTE FROM OIL PRODUCTION PROCESS.

This work was consisted by a series of adsorption tests using activated carbon produced

from the tung peel (Aleurites fordii), a waste generated by the extraction process of tung oil.

For that, the samples were subjected to different treatments, carbonization at 700 C, with

and without inert atmosphere and with and without chemical treatment with zinc chloride.

To evaluate the material obtained adsorption tests of solutions of the dye methylene blue

were performed, depending on variables such as time, amount of adsorbent material,

particle size of the precursor material and concentration of the dye solution. The fresh

material and coal were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and BET. The

evaluation of the adsorption degree of each material was determined by molecular

spectroscopy in the visible region (660 nm). The results showed that the best condition for

producing activated charcoal from tung peel was obtained with chemical treatment prior to

carbonization. The dye removal efficiency increased with increased time of contact between

adsorbent and adsorbate and the material with lower granulometry (> 0.5 mm) showed

better adsorption efficiency.

Analysis by SEM showed that the carbonized material and chemically treated with ZnCl2

showed a heterogeneous and irregular structure, with the presence of tubular structures

which probably resulted in an increase in surface area of the material, increasing the area for

deposition of dye molecules. After chemical treatment, by BET analysis it was observed that

the increased surface area of 340.32 m g-1 to 2201.57 m g-1. Thus, it was concluded that the

activated charcoal obtained from the tung peel is suitable for the adsorption of dyes such as

methylene blue.

KEYWORDS: adsorption, activated carbon, chemical treatment, methylene blue, tung.

LISTA DE FIGURAS

Figura 01: (a) rvore do tungue e (b) frutos do tungue ........................................................... 13

Figura 02: Esquema da adsoro em partcula de material poroso ........................................ 18

Figura 03: Isotermas de adsoro ............................................................................................ 20

Figura 04: Classificao das isotermas, segundo BRUNAUER et al (1938) .............................. 21

Figura 05: Fluxograma representando a metodologia utilizada no preparo das amostras ..... 31

Figura 06: Forno utilizado na carbonizao do material precursor ......................................... 33

Figura 07: Amostras no Shaker, aps agitao ........................................................................ 36

Figura 08: Relao entre a quantidade de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato entre o carvo da casca do tungue e a soluo .......................................................... 38

Figura 09: Relao entre a concentrao de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato entre o carvo da casca do tungue tratado com ZnCl2 e a soluo ............................ 39

Figura 10: Relao da concentrao de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato para os dois adsorventes utilizados neste ensaio ....................................................... 40

Figura 11: Comparativo da quantidade adsorvida nas duas massas utilizadas nos processos

de adsoro .............................................................................................................................. 43

Figura 12: Comparativo das concentraes finais obtidas a partir da adsoro do corante azul

de metileno com trs granulometrias distintas ....................................................................... 47

Figura 13: Solues de azul de metileno, nas diferentes concentraes utilizadas no teste .. 48

Figura 14: Isotermas de adsoro do azul de metileno ........................................................... 51

Figura 15: Micrografia da casca do tungue in natura ............................................................. 52

Figura 16: Micrografia do carvo da casca do tungue, quimicamente tratado com ZnCl2 ..... 53

Figura 17: Micrografia do carvo da casca do tungue, quimicamente tratado com ZnCl2, com

o uso de N2 no processo de queima ......................................................................................... 53

LISTA DE TABELAS

Tabela 01: Caractersticas da adsoro fsica e qumica .......................................................... 16

Tabela 02: Valores da adsoro do corante azul de metileno em funo do tempo, utilizando

o carvo da casca do tungue .................................................................................................... 37

Tabela 03: Valores da adsoro do corante azul de metileno em funo do tempo, utilizando

o carvo da casca do tungue previamente tratado quimicamente com ZnCl2 ........................ 39

Tabela 04: Teste de adsoro de azul de metileno, com massas diferentes, realizado na casca

do tungue in natura .................................................................................................................. 42

Tabela 05: Teste de adsoro de azul de metileno, com massas diferentes, realizado no

carvo da casca do tungue, sem tratamento qumico ............................................................. 42


carvo da casca do tungue tratado quimicamente com ZnCl2 ................................................. 42


carvo da casca do tungue tratado quimicamente com ZnCl2, e com o uso de N2 no processo

de queima ................................................................................................................................ 43

Tabela 08: Teste de adsoro do corante azul de metileno pela casca do tungue in natura,

em trs granulometrias distintas ............................................................................................. 45

Tabela 09: Teste de adsoro do corante azul de metileno pelo carvo da casca do tungue,

sem tratamento qumico, em trs granulometrias distintas ................................................... 45


quimicamente tratado com ZnCl2, em trs granulometrias distintas ..................................... 46


quimicamente tratado com ZnCl2 com o uso de N2 no processo de queima, em trs

granulometrias distintas ........................................................................................................... 46

Tabela 12: Resultados para a adsoro do azul de metileno, em diferentes concentraes

iniciais, a partir de uma massa de 0,2 g de carvo ................................................................... 49

Tabela 13: Resultados para a adsoro do azul de metileno, em diferentes concentraes

iniciais, a partir de uma massa de 0,03 g de carvo ................................................................. 50

Tabela 14: rea Superficial obtida para a casca do tungue in natura e o carvo tratado com

ZnCl2. ......................................................................................................................................... 54

SUMRIO

1 INTRODUO ...................................................................................................... 0

2 FUNDAMENTAO TERICA ................................................................................ 0

2.1 TUNGUE ....................................................................................................................... 0

2.2 ADSORO ................................................................................................................. 14

2.2.1 ISOTERMAS DE ADSORO ........................................................................................ 20

2.3 CARVO ATIVADO ...................................................................................................... 24

2.3.1 MATERIAL PRECURSOR .............................................................................................. 26

2.3.2 PRODUO DO CARVO ATIVADO ............................................................................ 27

3 MATERIAIS E METODOS ..................................................................................... 33

3.1 MATERIAL PRECURSOR .............................................................................................. 33

3.2 PREPARO DAS AMOSTRAS ......................................................................................... 33

3.3 PROCESSO DE ATIVAO ........................................................................................... 33

3.4 PREPARO DO ADSORVENTE ....................................................................................... 34

3.5 TESTES DE ADSORO ............................................................................................... 35

3.5.1 EFEITO DO TEMPO DE ADSORO ............................................................................ 35

3.5.2 EFEITO DA QUANTIDADE DE MATERIAL ADSORVENTE ............................................. 35

3.5.3 EFEITO DA GRANULOMETRIA DO MATERIAL ADSORVENTE ..................................... 36

3.5.4 EFEITO DA CONCENTRAO DO ADSORBATO ........................................................... 36

3.5.5 CARACTERIZAO DO CARVO ATIVADO ................................................................. 37

4 RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................................... 38

4.1 ADSORO EM FUNO DO TEMPO ......................................................................... 38

4.2 ANLISES REFERENTES QUANTIDADE DE MATERIAL ADSORVENTE ...................... 42

4.3 ANLISES REFERENTES AO ESTUDO DA GRANULOMETRIA DO MATERIAL

PRECURSOR .............................................................................................................................. 45

9

4.4 ANLISE REFERENTE CONCENTRAO DO ADSORBATO ....................................... 49

4.5 CARACTERIZAO CARVO ATIVADO PRODUZIDO ................................................... 53

5 CONSIDERAES FINAIS ..................................................................................... 57

6 TRABALHOS FUTUROS ....................................................................................... 59

7 REFERNCIAS ..................................................................................................... 60

Dissertao de Mestrado em Tecnologia Ambiental Carolina Niedersberg - UNISC

1 INTRODUO

O uso do biodiesel como substituto ao leo diesel tem sido alvo de pesquisas nacionais

e internacionais, principalmente na ltima dcada. Desde a segunda metade da dcada de

90 tem crescido a utilizao do biodiesel, sendo que, as experincias pioneiras, surgiram na

Unio Europia (DOSSI BIODIESEL, 2006).

As principais matrias-primas para a produo de biodiesel so os leos vegetais.

Entretanto, o potencial competitivo do biodiesel limitado pelo preo desses leos, que, por

sua vez, influenciam o preo final deste combustvel (SANTORI et al, 2012). Isso porque estes

leos so produzidos atravs de culturas tais quais a soja, girassol, milho, canola, entre

outros, que sofrem competio com o setor alimentcio. Dessa forma, importante o estudo

do potencial de culturas no alimentares, como por exemplo, o pinho-manso (BERCHMANS

e HIRATA, 2008 e PARAWIRA, 2010) e o tungue (GOLFETTO et al, 2011) que possam ser

cultivadas somente para fins de produo do biodiesel, evitando o desequilbrio entre os

setores.

No cenrio atual, so diferentes as motivaes para a utilizao do biodiesel, de acordo

com as diferentes regies brasileiras. Numa viso comparativa entre o desenvolvimento

tecnolgico e os custos de produo necessrios para a obteno do biodiesel, atualmente,

pesquisas e estudos em diversas regies do pas atuam na avaliao dos mais diversos tipos

de substratos. Uma das culturas em estudo para este fim o Tungue (Aleurites fordii), planta

de origem asitica cujo leo extrado de larga utilizao na indstria qumica e possui

potencial para utilizao na indstria de biocombustveis (CHEN et al, 2010). Embora txico,

este leo utilizado na fabricao de tintas, resina, couro artificial e lubrificantes (SHARMA

et al, 2011). No processo de extrao do leo de tungue, gera-se um volume de material

lignocelulsico composto pela torta e a casca do material, que normalmente acabam

incorporados ao solo como adubo. Com o aumento crescente do cultivo e produo de leo

de tungue, a reutilizao destes subprodutos predominantes da extrao do leo

indispensvel. Sendo assim, vem sendo estudada a utilizao destes resduos de forma a

aplic-los e valor-los em processos tecnolgicos.

11


Dentre possveis aplicaes para a torta e a casca do tungue residuais, tm-se as

mesmas opes encontradas para outros resduos agrcolas, tais como a madeira, mamona,

palha e casca do arroz, que tm sido estudados nos processos de adsoro de

contaminantes orgnicos (COUTO, 2009; SAMPAIO et al, 2010; GAO et al, 2011; SCHETTINO

JR et al, 2007). Atualmente, o material que apresenta maior capacidade de adsoro, sendo

amplamente utilizado para o tratamento de gua e efluentes, o carvo ativado. Entretanto,

devido s perdas durante o processo de recuperao do adsorvente, sua utilizao torna-se,

muitas vezes, onerosa. Nesse sentido, existe um crescente interesse na busca de materiais

alternativos de baixo custo que possam ser utilizados na produo de carvo ativado

(GONALVES, 2007; AUTA e HAMEED, 2011).

As caractersticas do carvo ativado so influenciadas, principalmente, pelo material

precursor escolhido e pelo mtodo utilizado na sua preparao. Alm disso, a capacidade de

adsoro do carvo extremamente dependente da sua rea superficial, distribuio de

poros e a existncia de grupos funcionais na superfcie do material adsorvente (DURAL et al,

2011). Conforme LUIS (2009), diversas variveis devem ser analisadas no processo de

adsoro, bem como a afinidade entre o adsorvente e o adsorbato, o pH da soluo, o

tempo de contato, a quantidade de material utilizado, entre outros fatores, que devem ser

estudados de forma a se obter um processo de adsoro eficiente.

Dessa forma, tendo em vista a necessidade de novas aplicaes para resduos oriundos

da extrao de leo para a produo de biodiesel, o presente trabalho objetiva avaliar a

utilizao da casca do tungue (Aleurites fordii) como material adsorvente na remoo do

corante azul de metileno de solues aquosas. Para isso, foram investigadas as

caractersticas do material e suas melhores condies de processamento e operao, o

efeito do tempo de contato entre adsorvente e adsorbato, a granulometria do material

adsorvente utilizada e a concentrao inicial do adsorbato na eficincia de remoo do

corante na soluo.


2 FUNDAMENTAO TERICA

2.1 TUNGUE

Tungue o nome comum de uma espcie de rvore de pequeno porte da famlia

Euphorbiaceae, Aleurites fordii Hemsl. e A. montana Wils. Essas espcies so cultivadas com

objetivo de produzir sementes das quais se extrai, por prensagem e com o uso de solventes,

um leo denominado "leo de tungue", internacionalmente conhecido como tung oil ou

wood oil (leo de madeira). Esse produto utilizado, principalmente, devido ao seu

poder secativo, tendo muitas aplicaes industriais, tais como: na manufatura dos vernizes,

das resinas, do couro artificial, sendo aplicado nas pinturas artsticas, nas tintas industriais,

na proteo da madeira, usado tambm para revestir recipientes para alimentos, bebidas,

fios eltricos e outras superfcies metlicas (GOLFETTO et al, 2011).

O Tungue nativo da sia, onde cultivado predominantemente na China. plantado

comercialmente tambm na Amrica do Sul, nos Estados Unidos e na frica. "Tung" significa

na lngua chinesa "corao", nome inspirado no formato das folhas dessas plantas

(GRUSZYNSKI, 2002).

A espcie cultivada na Serra do Nordeste do Rio Grande do Sul, a A. fordii, de porte

um pouco menor que A. montana e tambm mais rstica e adaptada ao clima frio. As

sementes de A. fordii possuem em torno de 33% de leo. Esse leo contm uma alta

percentagem de cido oleosterico, sendo o nico leo vegetal produzido comercialmente

que possui esse componente, ao qual atribuda a alta qualidade do tungue como leo de

secagem rpida. Os teores de leo na semente podem variar entre 30 e 40%, sendo esse

composto por 75-80% de leo alfa-esterico, 15% oleico, 4% palmtico e 1% cido esterico.

Taninos, fitoesteris e saponina tambm so encontrados.

A torta do tungue, resduo composto pelas sementes, aps a extrao do leo, possui

em torno de 25% de protena bruta, sendo utilizada somente como fertilizante devido a sua

toxicidade aos animais, relacionada presena da toxialbumina, causadora de efeitos

sintomticos como nuseas, clicas abdominais violentas, vmitos e diarria, seguida de


sede intensa, secura das mucosas, letargia e desorientao. Nos casos mais graves, pode

causar desidratao, midrase e taquicardia (GOLFETTO et al, 2011).

O sistema de cultivo do tungue no Rio Grande do Sul extensivo. As plantas so

distribudas em meio a pastagens e aproveitando reas imprprias para culturas anuais. A

colheita realizada medida que os frutos, contendo de quatro a cinco sementes, caem no

cho. Em geral, so necessrias duas ou mais operaes de colheita, pois a maturao do

tungue no uniforme. Antes da comercializao, o material colocado em sacos e deixado

para secar em galpes, at alcanar umidade abaixo de 30%. Esse processo leva duas ou

mais semanas e realizado pelo produtor. A produtividade alcanada nos cultivos norte-

americanos de 4.500 kg a 5.000 kg de frutos por hectare (GRUSZYNSKI, 2002). Segundo

dados da Secretaria da Agricultura, Pecuria e Agronegcio do Rio Grande do Sul (2012), a

rea cultivada no Rio Grande do Sul no ano de 2008 foi de 163 hectares, com um

rendimento mdio alcanado de 2.472 kg de frutos por hectare. No Brasil o cultivo

realizado predominantemente em pequenas propriedades com economia baseada na

explorao da mo-de-obra familiar.

REITZ (1983) descreve A. fordii como rvore caduciflia de 3 a 9 metros de altura com

ramos robustos, glabros, com superfcie lenticelada e folhas glabras, ovadas ou cordadas de

7 a 12 cm de comprimento, conforme Figura 01 (a). As flores do tungue aparecem antes das

folhas, aps o perodo de dormncia hibernal, com ptalas brancas com estrias roxas e oito a

dez estames. Os frutos so do tipo drupide, com pericarpo nitidamente diferenciado em

epicarpo, mesocarpo e endocarpo. O epicarpo e o mesocarpo tm consistncia fibrosa. O

endocarpo tem textura coricea, apresentado o espao central dividido em falsos septos

transversais, formando, em geral, quatro a cinco cmaras (podendo variar de uma a quinze),

cada uma com uma semente. O fruto do tungue pode ser visto na Figura 01 (b).

H cerca de dez anos, diversos produtores da regio serrana do Rio Grande do Sul

praticamente abandonaram a produo do tungue, pois, alm de serem raros os

compradores, os preos no compensavam. Porm, com o aquecimento do mercado do

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biodiesel houve uma mudana no cenrio, de forma que o leo de tungue passou a ser uma

alternativa e o fruto ficou valorizado.

Fonte: GRUSZYNSKI, 2002.

Figura 01: (a) rvore do tungue e (b) frutos do tungue.

Conforme estudo realizado por GOLFETTO et al (2011) a aplicao da amndoa do

tungue na produo de biodiesel atravs da extrao por metanol apresenta-se vivel

devido ao alto teor de leo obtido na extrao. Alm disso, sendo esse leo fixo, possui alto

peso molecular. O biodiesel produzido no estudo encontra-se dentro das normas

estabelecidas pela Agncia Nacional do Petrleo (ANP), exceto o sdio, que espera-se

alcanar valores dentro dos parmetros com o aprofundamento dos estudos e a otimizao

do processo.

2.2 ADSORO

Quando mistura-se um slido finamente dividido a uma soluo diluda de um corante,

observa-se que a intensidade da colorao decresce. Nessa situao, o corante adsorvido

sobre a superfcie do slido. Intensidade do efeito depende da temperatura, da natureza da

substncia adsorvida (o adsorvato), da natureza e estado de agregao do adsorvente

(slido), da concentrao do corante, entre outros fatores (CASTELLAN, 1986).

(a) (b)

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Processos industriais aplicam a adsoro utilizando o adsorvente, composto de

partculas slidas, que so empacotadas em um leito fixo por onde passa a fase fluida,

contendo o adsorvato. Isso ocorre at que no haja mais transferncia de massa entre as

fases. Como o adsorvato concentra-se na superfcie do adsorvente, o favorecimento de

aumento da rea superficial resulta, normalmente, em uma maior eficincia da adsoro.

Por isso, geralmente os adsorventes so slidos com partculas porosas. No entanto, vale

ressaltar que estudos recentes tm demonstrado que slidos pouco porosos podem ser

utilizados como adsorventes, caso haja afinidade entre os grupos qumicos presentes na

superfcie do material e o adsorvato. Logo, a aplicao de um material mais cominuido, ou

seja, menor granulometria, pode favorecer o processo (NUNES, 2009).

O fenmeno de adsoro ocorre porque tomos da superfcie tm uma posio

incomum em relao aos tomos do interior do slido. Os tomos da superfcie apresentam

uma fora resultante na direo normal superfcie, para dentro, a qual deve ser

balanceada. A tendncia a neutralizar essa fora gera uma energia superficial, atraindo e

mantendo na superfcie do adsorvente as molculas de gases ou de substncias de uma

soluo com que estejam em contato. Durante o processo, as molculas encontradas na fase

fluida so atradas para a zona interfacial devido existncia de foras atrativas, tais quais

ligaes de Hidrognio, ligaes covalentes, interaes dipolo-dipolo, foras de van der

Waals, ligaes eletrostticas, entre outras (CAMARGO et al, 2005).

Essas foras so diferenciadas pela energia de adsoro envolvida, na qual uma

molcula especfica ser adsorvida em relao a outras do sistema. Por isso, a adsoro um

fenmeno que depende da rea superficial e do volume dos poros. A estrutura dos poros

limita as dimenses das molculas que podem ser adsorvidas e a rea superficial disponvel

limita a quantidade de material que pode ser adsorvido (ALVES, 2005).

O tempo que a molcula do adsorvato fica ligada a superfcie do adsorvente depende

diretamente da energia com que a molcula o segura, ou seja, uma relao entre as foras

exercidas pela superfcie sobre essas molculas e as foras de campo das outras molculas

vizinhas (HOMEM, 2001).

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A adsoro pode ocorrer em uma nica camada de molculas acima da superfcie

slida (adsoro unimolecular ou monomolecular), ou tambm pode ocorrer em diversas

camadas (adsoro multimolecular) em que existe interao de atrao entre a molcula

adsorvida e a que est no meio fluido. O processo de adsoro , muitas vezes, reversvel, de

modo que a modificao da temperatura e/ou presso, ou pH, pode provocar a fcil

remoo do soluto adsorvido no slido (CLARK, 2010).

O processo de adsoro pode ocorrer com todos os tipos de interface, tais como gs-

slido, soluo-slido, soluo-gs. Existem dois tipos principais de adsoro: fsica e

qumica. A adsoro fsica no-especfica, rpida e reversvel. O adsorvato encontra-se

ligado a superfcie por foras de van der Waals (foras dipolo-dipolo e foras de polarizao,

envolvendo dipolos induzidos) alm de outras foras, tais quais foras eletrostticas e

ligaes de hidrognio. A adsoro qumica especfica e envolve a formao de um

composto bidimensional (NUNES, 2009).

Quando entre o adsorbato e a superfcie do adsorvente agirem apenas foras de van

der Walls, a mesma denominada adsoro fsica. As molculas encontram-se fracamente

ligadas superfcie e a energia de adsoro baixa (CASTELLAN, 1986).

A interao adsorbato/adsorvente na adsoro fsica uma funo da polaridade da

superfcie do slido, devido a disperso de seus stios ativos e da adsortividade. O carter

no polar da superfcie no carvo ativado fator preponderante na adsoro de molculas

no polares por um mecanismo no especfico, podendo ser incrementada pela adequada

modificao da natureza qumica da superfcie do carvo (por exemplo: oxidao ou

incorporao de novas funes orgnicas), desde que este produza um incremento na

interao superfcie-adsorvato (NUNES, 2009).

No caso da adsoro qumica ocorrem ligaes qumicas entre o adsorbato e o

adsorvente, envolvendo o rearranjo dos eltrons do fluido que interage com o slido. O

adsorbato sofre uma mudana qumica e geralmente dissociado em fragmentos

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independentes, formando radicais e tomos ligados ao adsorvente. Em muitos casos a

adsoro irreversvel e difcil separar o adsorbato do adsorvente (SCHNEIDER, 2008).

De acordo com PORPINO (2009), na adsoro qumica h o envolvimento de

interaes qumicas entre o fluido adsorvido e o slido adsorvente, onde h a transferncia

de eltrons, equivalente formao de ligaes qumicas entre o adsorbato e a superfcie do

slido. Neste caso, a energia de adsoro da mesma ordem de grandeza dos calores de

reaes qumicas. Na adsoro fsica podem formar-se camadas moleculares sobrepostas,

enquanto que na adsoro qumica se forma uma nica camada molecular adsorvida

(monocamada).

As principais diferenas entre a adsoro fsica e qumica so mostradas na Tabela 1.

Tabela 1. Caractersticas da adsoro fsica e qumica.

Adsoro Fsica Adsoro Qumica

Causada por foras eletrostticas, como de van der Walls

Causada por compartilhamento de eltrons

No h transferncia de eltrons H transferncia de eltrons

Calor de adsoro = 2 - 6 kcal mol-1

Calor de adsoro = 10 - 200 kcal mol-1

Fenmeno geral para qualquer espcie Fenmeno especfico e seletivo

A camada adsorvida pode ser removida por aplicao de vcuo temperatura de adsoro

A camada adsorvida s removida por aplicao de vcuo e aquecimento a temperatura acima a de adsoro

Formao de multicamada abaixo da temperatura crtica

Somente h formao de monocamadas

Acontece somente abaixo da temperatura crtica Acontece tambm a altas temperaturas

Lenta ou rpida Instantnea

Adsorvente quase no afetado Adsorvente altamente modificado na superfcie

Fonte: CLARK, 2010.

Conforme FERNANDES (2008), o processo de adsoro depende de vrios fatores, os

quais incluem: natureza do adsorvente, adsorbato e as condies de adsoro. A capacidade

de adsoro de um material determinada pela sua rea superficial especfica, presena,

tamanho e distribuio de poros, teor de cinzas, densidade e a natureza de grupos

funcionais presentes em sua superfcie.

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NUNES (2009) relata que o adsorbato pode ter seu comportamento definido por

fatores como polaridade, hidrofobicidade, tamanho e envergadura da molcula, solubilidade

no meio fluido, acidez ou basicidade, determinado pela natureza do grupo funcional

presente.

Para ROCHA et al (2012) a adsoro depende, principalmente das propriedades do

adsorvato e da estrutura qumica da superfcie do adsorvente. Para qualquer processo, os

principais parmetros a serem considerados so concentrao da soluo, temperatura, pH,

tempo de contato e velocidade de agitao. Dessa forma, faz-se necessrio investigar as

relaes entre a eficincia de adsoro e os parmetros que a afetam.

Uma consequncia importante do estudo da adsoro a medida e a concepo de

rea superficial interna de um slido poroso, que muitas vezes, difcil de dimensionar.

Como um exemplo desta dificuldade, um dos fatores que podem interferir na medida da

rea superficial a escolha do adsorbato. Se porventura o tamanho da molcula de

adsorbato usada for grande, logicamente os espaos menores sero excludos do processo, o

que leva a um decrscimo no valor medido da adsoro (SCHETTINO JR, 2004).

Um dos mtodos preferidos para determinar a rea superficial de um slido poroso

atravs da equao de Brunauer, Emmett e Teller (BET), que fornece a cobertura de uma

monocamada de gs mesma temperatura de liquefao deste gs. Vrios adsorbatos so

usados nestas medidas de rea superficial, sendo o mais comum o nitrognio (N2) a 77 K.

Entretanto, o nitrognio no permite uma resposta mais confivel do que qualquer outro

adsorvato como vapor dgua, dixido carbono, argnio, etc. O fato de ser mais usado pela

facilidade com a qual a isoterma completa determinada (ASSIS, 2008).

A velocidade com a qual as molculas do adsorbato so adsorvidas pelo adsorvente

chamada de cintica de adsoro. Esta velocidade depende das caractersticas fsico

qumicas do adsorbato (natureza do adsorbato, peso molecular, solubilidade, etc), do

19


adsorvente (natureza, estrutura de poros) e da soluo (pH, temperatura, concentrao)

(SCHNEIDER, 2008).

Conforme CLARK (2010), a sequncia de etapas individuais do mecanismo de

adsoro em slidos porosos comea pelo transporte das molculas do fluido para a

superfcie externa do slido, seguida pelo movimento das molculas do fluido atravs da

interface, e adsoro nos stios superficiais externos. Aps, estas molculas do fluido tendem

a migrar para os poros e a interagir com os stios disponveis na superfcie interna, ligando os

poros e espaos capilares do slido. Para o autor, a primeira etapa pode ser afetada pela

concentrao do fluido e pela agitao. Portanto, um aumento da concentrao do fluido

pode acelerar a difuso de adsorvato da soluo para a superfcie do slido. A segunda etapa

dependente da natureza das molculas do fluido e a terceira etapa geralmente

considerada a etapa determinante, especialmente no caso de adsorventes microporosos.

Na Figura 02 pode ser observado um esquema da adsoro em material poroso.

Fonte: O autor.

Figura 02: Esquema da adsoro em partcula de material poroso

20


apresentado por diversos autores que, em geral, a cintica de adsoro rpida

inicialmente, em virtude de a adsoro ocorrer principalmente na superfcie externa,

seguida por uma lenta etapa de adsoro na superfcie interna do adsorvente (WENG; LING

e TZENG 2009; AL-GHOUTI et al, 2009; DURAL et al, 2011; DENG, et al, 2011). Se o

adsorvente tem baixa microporosidade, no acessvel s molculas de soluto, a cintica de

adsoro mais rpida quando comparada com adsorventes com grande volume de

microporos.

2.2.1 ISOTERMAS DE ADSORO

A capacidade de um material adsorver um soluto dada pelo equilbrio de fase, ou

seja, o poder adsortivo obtido em funo da concentrao do soluto na fase lquida e da

quantidade da substncia adsorvida no slido. Em alguns sistemas pode-se traar uma curva

de concentrao do soluto em funo da concentrao da fase fluida. Uma vez que esses

processos ocorrem temperatura constante, as curvas obtidas so denominadas isotermas

de adsoro. Estas medem a eficincia da adsoro. A partir de uma isoterma, pode-se, por

exemplo, prever a quantidade de carvo necessria para a retirada total ou parcial do

adsorvato de um meio (NUNES, 2009).

As isotermas de adsoro so curvas extremamente teis, pois indicam, de forma

quantitativa, como o adsorvente efetivamente adsorver o soluto; se a purificao requerida

pode ser obtida; d uma estimativa da quantidade mxima de soluto que o adsorvente

adsorver e fornece informaes que determinam se o adsorvente pode ser

economicamente vivel para a purificao do fluido (PORPINO, 2009).

O procedimento experimental consiste em colocar em contato a soluo contendo o

componente a ser adsorvido com diferentes massas de adsorvente at atingir o equilbrio.

Depois da filtrao pode-se obter a concentrao de equilbrio em soluo e a quantidade de

material que foi adsorvida. Assim obtm-se os grficos, que so as isotermas. Esses podem

apresentar-se de vrias formas, fornecendo informaes importantes sobre o mecanismo de

adsoro. As isotermas mostram a relao de equilbrio entre a concentrao na fase fluida e

a concentrao nas partculas adsorventes em uma determinada temperatura. Algumas

21


formas mais comuns esto apresentadas na Figura 03. A isoterma linear passa pela origem e

a quantidade adsorvida proporcional concentrao no fluido. Isotermas convexas so

favorveis, pois grandes quantidades adsorvidas podem ser obtidas com baixas

concentraes de soluto. Os tipos de isotermas de adsoro so vrios e suas expresses

tericas so derivadas de acordo com as diversas suposies sobre o comportamento dos

componentes do sistema (CLARK, 2009).

A quantidade de material adsorvida pode ser expressa pela massa de gs ou volume

produzido por unidade de adsorvente. O formato da isoterma funo do tipo de

porosidade do slido (FERNANDES, 2008).

As isotermas podem, frequentemente, ser representadas por equaes simples que

relacionam diretamente a quantidade adsorvida em funo da concentrao do adsorvato.

Essas equaes provm de modelos tericos, sendo mais utilizados os modelos de Langmuir,

Freundlich e BET (Brunauer Emmet Teller) (SCHNEIDER, 2008).

Fonte: CLARK, 2010.

Figura 03: Isotermas de adsoro.

O termo BET refere-se ao sobrenome de seus autores (Brunauer, Emmet, Teller). Este

modelo representa uma complementao ao modelo de Langmuir, assumindo a

22


possibilidade de que uma camada capaz de produzir stios de adsoro gerando a

deposio de uma camada sobre a outra. Dessa forma, cada molcula adsorvida na

superfcie do adsorvente proporciona um segundo stio, para uma segunda camada de

molculas, e assim por diante (CLARK, 2010).

Pela classificao de BRUNAUER et al (1938) citada por FERNANDES (2008), as

isotermas podem ser divididas em cinco tipos, conforme Figura 04.

Fonte: FERNANDES, 2008.

Figura 04: Classificao das isotermas, segundo BRUNAUER et al (1938).

Conforme VIEIRA (2009), as isotermas para slidos microporosos (microporos < 2nm),

nos quais o tamanho do poro no muito maior do que o dimetro da molcula do

adsorbato, so normalmente representas pelo tipo I. Isto acontece porque com estes

adsorventes, existe uma saturao limite correspondendo ao enchimento completo dos

microporos. Ocasionalmente se os efeitos de atrao intermolecular so grandes, a isoterma

do tipo V observada. Uma isoterma do tipo IV sugere a formao de duas camadas na

superfcie plana ou na parede do poro, este muito maior do que o dimetro molecular do

adsorbato (mesoporos: 2 a 50 nm e macroporos: > 50nm). Isotermas do tipo II e III so

geralmente observadas em adsorventes que apresentam uma grande faixa de tamanho de

poros. Nestes sistemas, existe uma progresso contnua com aumento das camadas levando

a uma adsoro de multicamadas e depois para condensao capilar. O aumento na

capacidade a altas concentraes acontece devido condensao capilar nos poros de maior

dimetro.

23


Conforme CHAVES (2009), para compreender melhor os mecanismos das isotermas

de adsoro, um dos modelos mais amplamente utilizados o de Langmuir. Essa isoterma

foi desenvolvida assumindo-se que: a adsoro ocorre em monocamada, todos os stios

possuem a mesma energia adsortiva, a adsoro reversvel, no h interao entre as

molculas adsorvidas e os stios vizinhos (a adsoro independente).

A partir destas consideraes, a isoterma de Langmuir definida pela seguinte

equao (1):

eL

eoLe

Ck1

CQkq

(1)

Onde Qo representa a adsoro mxima (mg g-1), qe a quantidade adsorvida no

equilbrio (mg g-1), Ce a concentrao do adsorbato no equilbrio (mg L-1) e kL constante do

modelo (L mg-1) equivalente constante de equilbrio qumico em reaes.

O modelo de Freundlich considera o slido constitudo por dois ou mais tipos

distintos de stios ativos (slido heterogneo), ao passo que a aplicao baseada em uma

distribuio exponencial para caracterizar stios com diferentes energias adsortivas

(FERNANDES, 2008). A equao do modelo de Freundlich foi obtida de forma emprica, e

definida pela seguinte equao (2):

1/n

efe Ckq (2)

Sendo qe a quantidade do adsorbato adsorvida no equilbrio (mg g-1), Ce a

concentrao do adsorbato no equilbrio (mg L-1) e kf [(mg g-1) (L mg-1)1/n] e n as constantes

de Freundlich. kf representa a capacidade de adsoro ao passo que n representa a

intensidade do processo de adsoro.

Tanto no modelo de BET quanto Langmuir no se assume valores negativos em suas

constantes. Caso isso ocorra, significa que estes modelos no se ajustam para explicar o

24


processo de adsoro, ou seja, no seguem as hipteses consideradas no modelo (BARROS,

2001).

2.3 CARVO ATIVADO

O carvo ativado um material carbonceo de estrutura porosa, apresentando uma

pequena presena de heterotomos, principalmente oxignio, ligados aos tomos de

carbono. caracterizado por possuir uma elevada rea superficial especfica e porosidade

altamente desenvolvida, o que lhe confere a capacidade de adsorver molculas presentes

tanto em fase lquida quanto gasosa (MACEDO, 2005).

A estrutura do carvo ativado basicamente constituda por uma base graftica, em

que os vrtices e as bordas podem acomodar uma srie de elementos, tais quais, oxignio,

nitrognio e hidrognio, que se apresentam como grupos funcionais. A estrutura de um

carvo ativado pode ser visualizada como faixas de compostos aromticos, ligadas entre si,

assemelhando-se a uma mistura de raspas de madeira com espaos vazios de dimenses

variveis entre as camadas, constituindo os poros (COUTO, 2009).

O carvo ativado tem sua aplicao datada de 2000 a.c., quando os egpcios passaram

a utiliz-lo para purificar a gua (SCHETTINO JR, 2004).

A primeira aplicao do carvo ativado no setor comercial ocorreu na Inglaterra, em

1974, como agente de descolorao na indstria de produo do acar. A primeira

aplicao em grande escala ocorreu em 1854, quando o prefeito de Londres ordenou a

instalao de filtros de carvo vegetal em todos os sistemas de ventilao de esgotos para

eliminar os odores desagradveis. Em 1872, mscaras gasosas com filtros de carvo foram

usadas em indstrias qumicas para impedir a inalao de vapores de mercrio (BRANDO,

2006). J o termo adsoro foi utilizado pela primeira vez em 1881 por Kayser para

descrever a captao de gases por carves. Na mesma poca, R. von Ostrejko descobriu os

carves ativados como so conhecidos atualmente e, em 1901, patenteou dois diferentes

mtodos de produo, que hoje so a base dos processos de ativao qumica e ativao

25


fsica utilizados industrialmente. A primeira guerra mundial estimulou o desenvolvimento da

produo e aplicao do carvo ativado, que foi utilizado em mscaras de proteo contra

gases venenosos (CASTRO, 2009).

Atualmente, os carves ativados tm sido utilizados em tratamentos como

purificao, desodorizao, desintoxicao, filtrao, descolorao, desclorificao, remoo

de substncias orgnicas e inorgnicas etc. Essas aplicaes fazem do carvo ativado um

produto de grande interesse para muitos setores econmicos nas mais diversas reas, como

alimentcia, farmacutica, qumica, petrolfera, nuclear, automobilstica, minerao,

tratamento de gua potvel, gua industrial e do ar atmosfrico (COUTO, 2009).

Devido a sua alta porosidade, o carvo ativado largamente utilizado na separao

de gases, tratamento de efluentes, recuperao de solventes, entre outras funes. Com o

aumento da preocupao em torno da poluio ambiental e conservao do ar e dos

recursos hdricos, ao longo dos anos, vem crescendo a utilizao do carvo ativado como

mtodo de adsoro em sistemas de tratamento de efluentes (HAYASHI, 2000).

ALTENOR et al (2009) descrevem o carvo ativado como um importante material

para adsoro de molculas. Porm, de custo elevado, em contraponto ao seu uso

frequente.

Os carves ativados podem ser do tipo granular ou em p, de acordo com o tamanho

e a forma dos poros, e cada um tem uma aplicao especfica. Ambos so utilizados no

tratamento de gua e efluentes, especialmente na remoo de molculas de alto peso

molecular. No entanto, muitas vezes surgem dificuldades no processo de adsoro devido

baixa difuso das partculas nos poros, principalmente no caso de adsorventes granulares

(PHAN et al, 2006).

O carvo ativado tem sido utilizado como sorvente para muitas finalidades. Tem-se

verificado as mais diversas aplicaes na remoo de contaminantes em solues aquosas,

bem como em processos de purificao de gases. Alguns trabalhos relatados em literatura

26


so: remoo de metais pesados em solues aquosas, tais quais ons de cobre (SAMPAIO,

MEDEIROS e CONRADO, 2010), chumbo (MOHAMMADI et al, 2010) e mercrio (KADIRVELU

et al, 2003; HU et al, 2009), adsoro de corantes (AUTA e HAMEED, 2011; DENG et al, 2011;

ROCHA et al, 2012), remoo de resduos de paracetamol e ibuprofen em efluentes

hospitalares (MESTRE et al, 2011), adsoro dos gases metano (MOLINA-SBIO, ALMANSA e

RODRIGUEZ-REINOSO, 2003; ALMANSA, MOLINA-SBIO E RODRIGUEZ-REINOSO, 2004) e

sulfdrico (MARTIN et al, 2002), entre outros.

2.3.1 MATERIAL PRECURSOR

O material precursor nada mais do que a matria-prima a ser utilizada para a

fabricao do adsorvente.

Os principais precursores do carvo ativado produzido em escala comercial so as

madeiras do pinus e do eucalipto, e o endocarpo do cco-da-baa. Sendo que a principal

utilizao das madeiras do pinus e do eucalipto na produo de papel e celulose, o Brasil

encontra-se, atualmente, em falta de matria prima para a produo de carvo ativado.

Embora este insumo venha desempenhando um papel muito importante, ele possui uma

produo inferior a sua crescente demanda. Dessa forma, estudos referentes preparao

de carvo ativado produzidos a partir de resduos podem nos trazer, alm de benefcios

ambientais, solues na busca por matrias-primas mais baratas e abundantes (NUNES,

2009).

Com relao s caractersticas, um bom material precursor aquele que possui um

elevado teor de carbono em sua composio, como cascas de cco, de arroz, de nozes,

carves minerais, madeiras, ossos de animais, caroos de frutas, gro de caf, entre outros.

Os precursores do carvo ativado so materiais que se enriquecem durante o tratamento

trmico, sem que haja fuso ou abrandamento que impea a formao de microporos. Caso

a porosidade dos precursores seja baixa, necessrio ativ-los (CLAUDINO, 2003). Dessa

forma, comumente so utilizados resduos agrcolas como matria prima para a fabricao

do carvo ativado, por serem materiais ricos em carbono e lignocelulose (HAYASHI, 2000).

27


PHAN et al (2006) realizaram um estudo onde foram desenvolvidos materiais

adsorventes a partir das fibras da juta e do cco. A fibra do cco, carbonizada e ativada

quimicamente com cido fosfrico, apresentou alta rea superficial (maior que 1000 m g-1)

e alto ndice de microporos (em torno de 80% do volume total de poros). Ainda conforme o

estudo, o material se apresentou eficiente no tratamento de efluente contendo Fenol.

A partir de resduos gerados na colheita do algodo, DENG et al (2011)

desenvolveram carves ativados, tratados quimicamente com H2SO4 e H3PO4, com alta

capacidade de adsoro em testes realizados no tratamento do corante azul de metileno.

GONALVES et al (2007) utilizaram um resduo de erva mate como matria prima

para a produo de carvo ativado. A erva mate foi carbonizada e testada como adsorvente

no tratamento de trs efluentes distintos: o corante vermelho reativo, o corante azul de

metileno e o herbicida atrazina. Os carves obtidos apresentaram elevada rea superficial

especfica, com grande quantidade de microporos, apresentando boa remoo dos

poluentes, principalmente no caso do corante azul de metileno.

BRUM et al (2008) realizaram um estudo da caracterizao do carvo ativado

produzido a partir de resduos do beneficiamento do caf. A matria prima, carbonizada e

ativada quimicamente com ZnCl2, foi submetida a testes de adsoro do corante azul de

metileno, apresentando uma boa capacidade mxima de adsoro, comparvel ao carvo

ativado comercial.

Em estudo publicado por DEMERAL et al (2011), foi avaliado o potencial do bagao da

azeitona na produo de carvo ativado. O material precursor foi ativado fisicamente com

vapor dgua e carbonizado a uma temperatura de 900 C por um tempo de 45 minutos, e

obteve-se uma rea superficial de 1.106 m g-1, com um volume total de poros de 0,6067

cm g-1.

2.3.2 PRODUO DO CARVO ATIVADO

Os carves ativados so obtidos atravs de duas etapas: a carbonizao do material

precursor, atravs da queima e a ativao propriamente dita. O desempenho do carvo

28


ativado relacionado com suas caractersticas qumicas e estrutura porosa. Embora as

condies de processamento possam ter alguma influncia na estrutura e propriedade do

produto final, estas so determinadas principalmente pela natureza do material precursor

(CLARK, 2010).

A carbonizao consiste no tratamento trmico (pirlise) do material precursor em

atmosfera inerte, em temperatura superior a 200 C. uma etapa de preparao do

material, onde se removem componentes volteis e gases leves (CO, H2, CO2 e CH4),

produzindo uma massa de carbono fixo e uma estrutura porosa primria que favorece a

ativao posterior (CLAUDINO, 2003).

Durante a carbonizao os biopolmeros do material precursor, como a celulose, se

decompem e perdem constituintes como nitrognio, oxignio e hidrognio, os quais

escapam como produtos volteis. H tambm a perda de molculas orgnicas de diferentes

tamanhos de cadeia (alcois, cidos, cetonas, etc). O carvo obtido pela carbonizao do

material celulsico essencialmente microporoso, mas essa microporosidade pode tornar-

se preenchida ou parcialmente bloqueada pelos produtos de decomposio. Ento, para

aumentar o volume dos microporos torna-se necessrio fazer a ativao (CLARK, 2010).

A ativao pode ser realizada por ser ativados por processos fsicos ou qumicos, aps

a etapa de carbonizao. Os processos de ativao visam obteno de um carvo

microporoso, pela retirada de componentes orgnicos como o alcatro, creosoto e naftas,

alm de outros resduos que possam obstruir os poros. Estas tcnicas levam a formao de

stios eletricamente instaurados, com intensificada capacidade adsortiva (ROCHA et al,

2006).

A ativao fsica o processo pelo qual o precursor desenvolve uma estrutura

porosa, aumentando sua rea superficial, pela ao de um tratamento trmico a uma

temperatura que pode variar na faixa de 700 1000 C sob o fluxo de um apropriado gs

oxidante, vapor de gua, CO2 ou ar atmosfrico, usados individualmente ou combinados. J

na ativao qumica o precursor impregnado com um agente ativador, podendo este ser o

cido fosfrico (H3PO4), cloreto de zinco (ZnCl2), cido sulfrico (H2SO4), hidrxido de sdio

29


(NaOH), entre outros. O que estes agentes tm em comum a capacidade desidratante que

influencia na decomposio por pirlise, inibindo a formao de betuminosos no interior dos

poros (SCHETTINO JR, 2004).

MESTRE et al (2011) avaliaram o potencial de adsoro do carvo preparado a partir

de resduos de sisal, ativado quimicamente com K2CO3. A melhor condio observada foi

quando utilizada uma proporo de 0,5:1 (K2CO3:sisal), e uma temperatura de carbonizao

de 700 C (1 h), onde obteve-se um carvo com rea superficial de 1.038 m g-1, e volume

total de poros de 0,49 cm g-1, podendo ser comparados ao carvo ativado comercial, que,

conforme o estudo apresentou uma rea superficial de 1.065 m g-1, e volume total de poros

de 0,70 cm g-1. O autor ainda ressalta a escolha do K2CO3 como agente qumico, em

detrimento ao H3PO4, destacando o fator ambiental, pois devem ser levados em

considerao os problemas associados ao descarte de fosfatos, como a eutrofizao.

Em estudo realizado por SCHETTINO JR et al (2007) foi avaliado o carvo ativado

produzido a partir da casca de arroz, aps o tratamento qumico realizado com o agente

ativador NaOH, em uma proporo de 3:2 (NaOH:casca de arroz). Nos resultados obtidos, foi

verificado que o carvo da casca de arroz, lavado com cido fluordrico (HF) e gua, (para

obteno de um material livre de slica), previamente tratado com NaOH e com uma

temperatura de carbonizao de 800C obteve uma rea superficial de 1.380 m g-1, e um

volume de microporos de 0,76 cm g-1. Enquanto que o material precursor sem o

tratamento, somente lavado com HF e gua, obteve rea superficial de 530 m g-1 e volume

de microporos de 0,29 cm g-1.

ALTENOR et al (2009) avaliaram o potencial da raiz de Vetiver como material

precursor para a produo de carvo ativado. No estudo foram testados dois diferentes

mtodos de ativao previamente a carbonizao. O primeiro mtodo foi a ativao fsica,

com vapor d`gua, onde chegou-se a obter uma rea superficial de 1.185 m g-1 e volume

total de poros de 0,69 cm g-1. O segundo mtodo foi a ativao qumica com H3PO4, em

diferentes propores, em que a proporo utilizada de 1:1 (H3PO4:vetiver) resultou em um

carvo com rea superficial de 1.272 m g-1 e volume total de poros de 1,19 cm g-1. O

volume de microporos obtido em ambos os processos foi semelhante, sendo 0,36 cm g-1

30


para o carvo ativado fisicamente e 0,39 cm g-1 para o carvo ativado quimicamente. O que

causou a diferena no volume total de poros foi o volume de mesoporos, sendo 0,33 cm g-1

para o carvo ativado fisicamente e 0,80 cm g-1 para o carvo ativado quimicamente.

ALMANSA et al (2004) optou pelo uso da ativao qumica com ZnCl2 na preparao

de carvo ativado utilizando caroo de azeitona como material precursor. Utilizando uma

proporo de 1:2 (caroo de azeitona:ZnCl2) e com uma temperatura de queima de 800C,

obteve-se um carvo microporoso (0,6 cm g-1 de microporos) e praticamente sem a

presena de poros maiores.

MOHAMMADI et al (2010) testaram o potencial do caroo do fruto espinheiro-do-

mar na produo de carvo ativado. Foram testados o H3PO4 e o ZnCl2 como agentes

qumicos para o tratamento prvio, ambos em uma proporo 1:2 (material

precursor:agente qumico). Aps o processo de queima, por 3 horas em uma temperatura de

550C, atingiu-se uma rea superficial especfica de 1.071 m g-1 para o material tratado com

o H3PO4 e 829 m g-1 para o material tratado com ZnCl2. Alm disso, o material demonstrou

eficincia na adsoro de Chumbo Pb(II) em ambas as situaes.

O agente ativador utilizado neste trabalho foi o cloreto de zinco (ZnCl2). A ativao

com ZnCl2 cria mais espao entre as cadeias de carbono resultando em mais

microporosidade e maior rea de superfcie em comparao ao processo sem o uso do

agente qumico. Uma das funes mais importantes do ZnCl2 a dilatao da estrutura

molecular da celulose presente nos materiais carbonceos, consequncia da quebra de

ligaes laterais das molculas de celulose, e que resulta no aumento de espaos inter e

intra micelas. Em consequncia, o ZnCl2 promove o desenvolvimento da estrutura dos poros

do carvo ativado (FERNANDES, 2008).

HAYASHI et al (2003) analisaram as caractersticas do carvo ativado produzido a

partir da lignina, ativada com diferentes tipos de agentes qumicos. Foi observado que o

material ativado com ZnCl2 obteve uma rea superficial de 1.000 m g-1, enquanto que o

material ativado com H3PO4 obteve uma rea de 700 m g-1. Ambos valores altos, se

comparados ao carvo ativado comercial.

31


HAIMOUR e EMEISH (2006) publicaram um estudo da caracterizao do carvo

ativado produzido a partir da semente de tamareira. Foi observado que, o carvo ativado

com ZnCl2 apresentou melhor eficincia na adsoro comparado ao carvo ativado com

H3PO4. Alm disso, o primeiro mostrou ser menos dependente do tempo de ativao em

relao ao segundo.

KHALILI, N. R. et al (2000) avaliaram resduos de papel para fins de produzir carvo

ativado. Foi utilizado o ZnCl2 como agente qumico para o tratamento prvio do material, em

diferentes propores. Os autores observaram que, com o aumento da proporo de ZnCl2

utilizada houve um aumento da rea superficial especfica e do volume de poros. Sendo que,

para uma proporo de 2,5:1 (ZnCl2:material precursor) foi obtido o melhor resultado, com

uma rea superficial de 1.249 m g-1 e volume total de poros de 1,128 cm g-1, sendo que,

desse total, 0,486 cm g-1 eram microporos.

Diversos outros estudos relatam o uso de cloreto de zinco como agente ativador, tais

quais GUO e LUA (2000), ROCHA et al (2006) e BRUM et al (2008).


3 MATERIAIS E MTODOS

Neste captulo ser apresentada a metodologia utilizada no trabalho, para a realizao

dos testes de adsoro do corante azul de metileno, utilizando a casca do tungue como

material precursor para a obteno de carvo ativado.

A metodologia de preparo das amostras segue o fluxograma apresentado na Figura 05.

Figura 05 Fluxograma representando a metodologia utilizada no preparo das amostras.

33


3.1 MATERIAL PRECURSOR

Para a produo do material adsorvente foi utilizado como matria-prima um resduo

da produo de biodiesel, a casca no-aproveitvel do Tungue (Aleurites fordii). O material

foi cedido pela Cooperfumos, cooperativa com sede no municpio de Santa Cruz do Sul/RS.

3.2 PREPARO DAS AMOSTRAS

A casca do tungue foi moda e separada em trs diferentes faixas de granulometrias:

< 0,5 mm; 0,5-1,0 mm e 1,0-2,0 mm. A seguir as amostras foram lavadas com gua

deionizada utilizando uma bomba de vcuo, secas em estufa a 110 C durante 1 h, e

armazenadas em recipientes fechados.

Os testes de adsoro foram realizados em triplicata, com cada uma das

granulometrias, e tambm com uma amostra misturada, sem separao.

Parte das amostras foram diretamente submetidas pirlise, e outra parte foi

submetida, primeiramente ao tratamento qumico (ativao), em uma soluo de cloreto de

zinco (ZnCl2), para, aps serem carbonizadas. Tambm foram realizados ensaios com uma

amostra do material in natura, somente lavado em gua deionizada e sem ser submetido ao

processo de pirlise e ativao.

As amostras foram pesadas antes e aps a carbonizao, para verificar a perda de

massa durante o processo.

3.3 PROCESSO DE ATIVAO

Para ativao do material foram separadas 40 g da casca do tungue in natura e

colocados em contato dinmico, durante 24 horas, a temperatura ambiente, com 40 g de

cloreto de zinco dissolvido em 120 mL de gua deionizada, garantindo assim uma proporo

de 1:1 (ZnCl2(s)/material precursor).

34


3.4 PREPARO DO ADSORVENTE

A pirlise foi realizada em cadinhos de porcelana, em um forno mufla Brasimet

Modelo K1300 (Figura 06), durante 10 minutos, a uma temperatura de 700 C. Foram

realizados testes de adsoro com e sem o uso de atmosfera inerte de N2.

Figura 06: Forno utilizado na carbonizao do material precursor.

Aps a carbonizao, as amostras de carvo foram lavadas em gua deionizada e

secas em estufa a 110 C durante 1 h. As amostras que passaram pelo tratamento qumico

foram lavadas, primeiramente, com uma soluo de cido clordrico a 2,5%, para total

eliminao dos ons de zinco e desobstruo dos poros, e com gua deionizada at o ajuste

de pH (em torno de 6,5).

Os procedimentos de lavagem do resduo, ativao qumica e carbonizao foram

estabelecidos com base em HAYASHI et al (2000), ROCHA et al (2006), GONALVES et al

(2006) e DENG et al (2011), que produziram carvo a partir de resduos vegetais.

35


3.5 TESTES DE ADSORO

Para realizao dos testes de adsoro foram utilizadas solues aquosas do corante

Azul de Metileno, frmula qumica = C16H18ClN3S.3H2O, max = 665 nm.

3.5.1 EFEITO DO TEMPO DE ADSORO

Este teste foi realizado para determinar o comportamento do processo de adsoro

em decorrncia do tempo de contato. Para este ensaio foi utilizado o carvo da casca do

tungue sem tratamento qumico (CarvoCT) e com tratamento qumico com ZnCl2 (CarvoCT

ZnCl2) e sem o uso de N2 no processo de queima.

Neste experimento, 0,2 g de carvo foram colocados em contato com 30 mL de

soluo de azul de metileno, na concentrao de 10 mg L-1, por diferentes tempos de

contato (5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 1 h, 5 h, 12 h e 24 h). O procedimento foi realizado

em triplicata, em uma Incubadora Shaker MA 420 - Marcon, com velocidade de 50 rpm, e

temperatura de 30 C. A concentrao de AM resultante, aps a adsoro, foi determinada

por espectroscopia na regio do visvel (660 nm). As leituras foram realizadas em um

equipamento Spectrophotometer V-1200.

3.5.2 EFEITO DA QUANTIDADE DE MATERIAL ADSORVENTE

Este teste foi realizado para determinar a influncia da quantidade de carvo

utilizado na adsoro. 0,2 g e 0,4 g de material adsorvente foram colocados em contato com

uma soluo de 30 mL de azul de metileno, na concentrao de 10 mg L-1, e mantidos em

agitao durante o tempo de 10 minutos. O procedimento foi realizado em triplicata, em

uma Incubadora Shaker MA 420 - Marcon, com velocidade de 50 rpm, e temperatura de 30

C. Aps a adsoro, as amostras foram filtradas e foi determinada a absorbncia das

solues a 660 nm.

Para este teste, foram utilizados como material adsorvente a casca do tungue in

natura moda (CT); o carvo da casca do tungue, sem tratamento qumico (CarvoCT); o

36


carvo da casca do tungue, tratado quimicamente com ZnCl2, sem o uso de N2 na queima

(CarvoCTZnCl2); e o carvo da casca do tungue, tratado quimicamente com ZnCl2, com o

uso de N2 na queima (CarvoCTZnCl2N2).

3.5.3 EFEITO DA GRANULOMETRIA DO MATERIAL ADSORVENTE

Para este experimento, o material j modo foi separado em trs faixas

granulometrias, sendo estas >0,5 mm; 0,5-1,0 mm e 1,0-2,0 mm. 0,2 g de material

adsorvente foram colocados em contato com uma soluo de 30 mL de azul e metileno, na

concentrao de 10 mg L-1, e mantidos em agitao durante o tempo de 10 minutos. O

procedimento foi realizado em triplicata, em uma Incubadora Shaker MA 420 - Marcon, com

velocidade de 50 rpm, e temperatura de 30 C. Aps, as amostras foram filtradas e foi

determinada a concentrao de AM resultante a partir das absorbncias em 660 nm.

Para este teste, foram utilizados como material adsorvente a casca do tungue in

natura (CT); o carvo da casca do tungue, sem tratamento qumico (CarvoCT); o carvo da

casca do tungue, tratado quimicamente com ZnCl2, sem o uso de N2 na queima (CarvoCT

ZnCl2); e o carvo da casca do tungue, tratado quimicamente com ZnCl2, com o uso de N2 na

queima (CarvoCTZnCl2N2).

3.5.4 EFEITO DA CONCENTRAO DO ADSORBATO

Nesse estudo foi avaliada a influncia da concentrao do adsorbato azul de metileno

na adsoro do mesmo pelo carvo da casca do tungue, com e sem tratamento qumico com

ZnCl2.

Os testes foram realizados a partir de solues de azul de metileno nas

concentraes 2,0; 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0 mg L-1. Para a obteno das isotermas de adsoro,

as solues (sendo 30 mL de cada concentrao) foram deixadas em contato com o

adsorvente durante 24 h, sob agitao em uma Incubadora Shaker MA 420 - Marcon, com

velocidade de 50 rpm, e temperatura de 30 C (Figura 07) . Para melhor entendimento do

37


comportamento da adsoro, foram utilizadas duas massas diferentes do material, 0,03 g e

0,2 g.

A concentrao resultante, aps o processo, foi determinada por espectroscopia na

regio do visvel (660 nm).

Figura 07: Amostras no Shaker com agitao orbital.

3.5.5 CARACTERIZAO DO CARVO ATIVADO

Foram realizadas anlises de microscopia eletrnica de varredura (MEV) nas

amostras, antes e aps a obteno do adsorvente, com o intuito de visualizar os poros do

material e comparar as diferenas morfolgicas decorridas do processo de carbonizao.

Estas anlises foram realizadas no Laboratrio de Cincia dos Materiais da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul UFRGS.

A determinao da rea superficial da casca do tungue in natura e do carvo ativado

tratado quimicamente com ZnCl2 foi realizada atravs de anlise BET, que mede a adsoro

fsica do gs N2 (77 K). Estas anlises foram realizadas em um aparelho Quantachrome

NovaWin2, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS.


4 RESULTADOS E DISCUSSES

A casca do tungue aps carbonizao teve uma grande perda em massa, em torno de

60%. Essa perda se deve aos compostos orgnicos que volatilizam ou carbonizam e

produzem gases que, devido alta temperatura, so emitidos atmosfera, deixando os

poros livres para o processo de adsoro.

4.1 ADSORO EM FUNO DO TEMPO

Na Tabela 02, encontram-se os dados referentes ao processo de adsoro do azul de

metileno em funo do tempo, utilizando o carvo da casca do tungue, sem tratamento

qumico.

Tabela 02. Valores da adsoro do corante azul de metileno em funo do tempo, utilizando

o carvo da casca do tungue.

Tempo (min)

Identificao Concentrao final (mg L-1)

Concentrao final mdia

(mg L-1)

Concentrao adsorvida mdia

(mg L-1)

Quantidade adsorvida - qe

(mg g-1)

Eficincia de remoo (%)

5

5.1 5,545

5,409 4,591 0,689 45,91 5.2 5,388

5.3 5,293

10

10.1 4,360

4,272 5,728 0,859 57,28 10.2 4,348

10.3 4,108

15

15.1 4,127

4,176 5,824 0,874 58,24 15.2 4,152

15.3 4,247

30

30.1 3,856

3,856 6,144 0,922 61,44 30.2 3,900

30.3 3,812

60

60.1 3,793

3,629 6,371 0,956 63,71 60.2 3,472

60.3 3,623

300

300.1 3,182

3,119 6,881 1,032 68,81 300.2 3,088

300.3 3,088

720

720.1 1,771

1,871 8,129 1,219 81,29 720.2 1,947

720.3 1,897

1440 1440.1 1,487

1,540 8,460 1,269 84,60 1440.2 1,676 1440.3 1,456

39


Na Figura 08 pode-se observar o grfico da concentrao de corante adsorvido em funo do

tempo de contato.

Figura 08. Relao entre a quantidade de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato entre o carvo da casca do tungue e a soluo.

Na Tabela 03, encontram-se os dados referentes ao processo de adsoro do azul de

metileno em funo do tempo, utilizando o carvo da casca do tungue, aps tratamento

com ZnCl2. Na Figura 09 pode-se observar o grfico da concentrao de corante adsorvido

em funo do tempo de adsoro, para o carvo da casca do tungue previamente tratado

com ZnCl2.

A Figura 10 mostra uma interpolao das duas relaes, entre o carvo da casca do

tungue sem tratamento qumico e o carvo previamente tratado com ZnCl2.

Neste ensaio foi possvel observar um aumento na adsoro do corante azul de

metileno em funo do tempo de contato, como j havia sido descrito por BRUM et al (2008)

e MESTRE, et al (2011). O carvo da casca do tungue previamente tratado apresentou

melhores resultados em comparao ao carvo sem tratamento, como pode ser observado

na Figura 10, provavelmente devido a ao do ZnCl2, que aumenta a quantidade de poros,

devido retirada de componentes orgnicos que possam estar obstruindo os stios do

40


material (ROCHA et al, 2006). Em ambos os casos houve uma diminuio da concentrao

logo nos primeiros 5 minutos de ensaio, sendo que para o carvo tratado com ZnCl2 j houve

a remoo de 62,32% nesse perodo. Em 60 minutos o ndice de remoo chegou a 83,70%

para o carvo tratado, e 63,70% para o carvo no tratado. Resultados semelhantes foram

observados por DURAL et al (2011), que analisou a adsoro do corante azul de metileno em

diferentes concentraes, por carvo ativado preparado a partir de folhas de grama marinha

(Posidonia oceanica). Nos referidos ensaios, a adsoro atingiu o equilbrio aps 60 minutos

de contato, no havendo aumento expressivo na remoo aps esse perodo.

Tabela 03. Valores da adsoro do corante azul de metileno em funo do tempo, utilizando

o carvo da casca do tungue previamente tratado quimicamente com ZnCl2.

Tempo (min)

Identificao Concentrao final (mg L-1)


(mg L-1)


(mg L-1)


(mg g-1)


5

5.1 3,749

3,768 6,232 0,935 62,32 5.2 3,718

5.3 3,837

10

10.1 2,716

2,806 7,194 1,079 71,94 10.2 2,867

10.3 2,836

15

15.1 2,350

2,346 7,654 1,148 76,54 15.2 2,325

15.3 2,363

30

30.1 2,092

2,012 7,988 1,198 79,88 30.2 1,960

30.3 1,985

60

60.1 1,638

1,630 8,370 1,256 83,70 60.2 1,645

60.3 1,607

300

300.1 1,443

1,464 8,536 1,280 85,36 300.2 1,449

300.3 1,500

720

720.1 0,762

0,779 9,221 1,383 92,21 720.2 0,788

720.3 0,788

1440

1440.1 0,725

0,727 9,273 1,391 92,73 1440.2 0,750

1440.3 0,706

41


Figura 09. Relao entre a concentrao de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato entre o carvo da casca do tungue tratado com ZnCl2 e a soluo.

Figura 10. Relao da concentrao de corante azul de metileno adsorvida e o tempo de

contato para os dois adsorventes utilizados neste ensaio.

Interpretando a Figura 10, pode-se observar ainda que o carvo ativado tratado com

ZnCl2, adsorve pouco material aps o perodo de 12 h. A diferena da adsoro em 12 h e 24

h praticamente nula, enquanto que no carvo sem tratamento essa diferena um pouco

maior, provavelmente porque, no caso do material tratado, as molculas do corante

42


conseguem se depositar mais facilmente nos poros desobstrudos, e no material sem

tratamento essas mesmas molculas levam mais tempo para encontrarem um local para sua

deposio.

O alto ndice de adsoro do corante azul de metileno logo nos primeiros instantes

do ensaio, j havia sido registrado por AL-GHOUTI et al (2009) e DENG et al (2011), que

justificam esse fato presena de grupos funcionais cidos que se encontram na superfcie

do material adsorvente, e que possuem certa afinidade com as molculas presentes na

soluo de azul de metileno. Dessa forma, provvel que a adsoro do coranre tenha

ocorrido primeiramente na superfcie e, depois, atravs da difuso para dentro dos stios

presentes no material adsorvente, tornando-se mais lenta.

A partir da anlise dos resultados obtidos neste ensaio, optou-se por utilizar um tempo

de 10 minutos nos testes subsequentes, referentes quantidade e granulometria do

material adsorvente, de forma que se considerou um tempo suficiente para a obteno de

resultados comparativos referentes a essas questes.

4.2 ANLISES REFERENTES QUANTIDADE DE MATERIAL ADSORVENTE

Para este ensaio foram utilizadas massas de 0,2 g e 0,4 g de material adsorvente em

diferentes condies. Os resultados obtidos para o material in natura podem ser observados

na Tabela 04.

43


Tabela 04. Teste de adsoro de azul de metileno, com massas diferentes, realizado na casca

do tungue in natura.

Identificao Quant.

amostra (g) Concentrao final (mg L

-1)


(mg L-1

)


(mg L-1

)


(mg g-1

)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

0,2

8,102

8,086 1,914 0,287 19,14 1.2 8,084

1.3 8,071

2.1

0,4

7,572

7,580 2,420 0,182 24,20 2.2 7,584

2.3 7,584

Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue sem tratamento qumico,

podem ser observados na Tabela 05.

Tabela 05. Teste de adsoro de azul de metileno, com massas diferentes, realizado no

carvo da casca do tungue, sem tratamento qumico.

Identificao Quant.

amostra (g)

Concentrao final (mg L

-1)


(mg L-1

)


(mg L-1

)


(mg g-1

)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

0,2

4,682

4,705 5,295 0,794 52,95 1.2 4,713

1.3 4,719

2.1

0,4

4,064

4,058 5,942 0,446 59,42 2.2 4,045

2.3 4,064

Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue tratado quimicamente com

ZnCl2, podem ser observados na Tabela 06.


carvo da casca do tungue tratado quimicamente com ZnCl2.

Identificao Quant.


-1)


(mg L-1

)

Concentrao adsorvida

mdia (mg L-1

)


(mg g-1

)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

0,2

3,589

3,570 6,428 0,964 64,28 1.2 3,558

1.3 3,564

2.1

0,4

2,921

2,938 7,062 0,530 70,62 2.2 2,915

2.3 2,978

44


Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue tratado quimicamente com

ZnCl2, e com o uso de N2 no processo de queima, podem ser observados na Tabela 07.


carvo da casca do tungue tratado quimicamente com ZnCl2, em atmosfera inerte durante a

queima.

Identificao Quant.


-1)


(mg L-1

)

Concentrao adsorvida

mdia (mg L-1

)


(mg g-1

)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

0,2

3,315

3,431 6,569 0,985 65,69 1.2 3,365

1.3 3,327

2.1

0,4

2,865

2,807 7,193 0,539 71,93 2.2 2,834

2.3 2,722

Na Figura 11 pode-se observar o comparativo da quantidade de material adsorvido

nas duas massas utilizadas no processo de adsoro realizado.

Figura 11. Comparativo da quantidade adsorvida nas duas massas utilizadas nos processos

de adsoro.

Os ensaios realizados demonstraram que no houve diferena expressiva nos

resultados com o aumento da massa de material adsorvente na mesma soluo de corante

azul de metileno. O mesmo fato foi relatado por SCHNEIDER (2008), em estudo da adsoro

45


de compostos fenlicos em carvo ativado. Este relatou que, aps uma determinada massa

de carvo, obtido o equilbrio entre as fases lquida e slida do composto, ou seja, no

haver mais remoo do composto mesmo que seja aumentada a dosagem de carvo.

Em trabalho realizado por LUIS (2009), referente remoo de cor em efluentes

txteis atravs de processo de adsoro, o autor salienta que para uma mesma

concentrao inicial de soluto, aumentando a quantidade de material adsorvente, obtm-se

maior rea superficial disponvel para adsoro, e, por consequncia, maior velocidade de

adsoro. No entanto, a quantidade de adsorbato removida por quantidade de adsorvente

diminui, ou seja, a capacidade de adsoro do adsorvente diminui. WENG et al (2009) atribui

esse fato a uma diminuio na eficincia da difuso dos ons do corante devido a maior

competio destes ons por um local de deposio na superfcie do carvo. A mesma

observao foi feita por CRINI et al (2007) em estudo da remoo de corantes por adsoro

em carvo proveniente da ciclodextrina.

Tambm pode-se ressaltar que a adio de N2 no processo de carbonizao no

resultou em uma visvel diferena na eficincia de remoo do corante azul de metileno, da

mesma forma que a massa utilizada permaneceu 0,2 g, pois esta quantidade j se mostrou

eficiente no processo de adsoro.

4.3 ANLISES REFERENTES AO ESTUDO DA GRANULOMETRIA DO MATERIAL

PRECURSOR

Neste ensaio foi estudada a influncia da granulometria do material adsorvente na

eficincia de remoo do corante azul de metileno. Da mesma forma que o ensaio anterior,

este tambm foi realizado com o material adsorvente nas diferentes condies de preparo.

Os resultados obtidos tendo a casca do tungue in natura como material adsorvente podem

ser observados na Tabela 08.

46


Tabela 08. Teste de adsoro do corante azul de metileno pela casca do tungue in natura,

em trs granulometrias distintas.

Identificao Faixa de

granulometria (mm)


-1)


(mg L-1

)


(mg L-1

)

Quantidade adsorvida qe (mg g

-1)


1.1

< 0,5

6,770

6,749 3,251 0,488 32,51 1.2 6,727

1.3 6,751

2.1

0,5 - 1,0

7,199

7,217 2,783 0,417 27,83 2.2 7,199

2.3 7,253

3.1

1,0 - 2,0

8,113

8,131 1,869 0,280 18,69 3.2 8,137

3.3 8,143

Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue, sem tratamento qumico,

podem ser observados na Tabela 09.

Tabela 09. Teste de adsoro do corante azul de metileno pelo carvo da casca do tungue,

sem tratamento qumico, em trs granulometrias distintas.


granulometria (mm)


-1)


(mg L-1

)


(mg L-1

)


-1)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

< 0,5

4,174

4,146 5,854 0,878 58,54 1.2 4,120

1.3 4,144

2.1

0,5 - 1,0

4,870

4,866 5,134 0,770 51,34 2.2 4,846

2.3 4,882

3.1

1,0 - 2,0

5,348

5,350 4,650 0,697 46,50 3.2 5,324

3.3 5,378

Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue, quimicamente tratado com

ZnCl2, podem ser observados na Tabela 10.

47



quimicamente tratado com ZnCl2, em trs granulometrias distintas.


granulometria (mm)


-1)


(mg L-1

)


(mg L-1

)


-1)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

< 0,5

2,577

2,565 7,435 1,115 74,35 1.2 2,571

1.3 2,547

2.1

0,5 - 1,0

3,684

3,664 6,336 0,950 63,36 2.2 3,678

2.3 3,630

3.1

1,0 - 2,0

4,180

4,170 5,830 0,874 58,30 3.2 4,174

3.3 4,156

Os resultados obtidos para o carvo da casca do tungue, quimicamente tratado com

ZnCl2 com o uso de N2 no processo de queima, podem ser observados na Tabela 11.


quimicamente tratado com ZnCl2 com o uso de N2 no processo de queima, em trs

granulometrias distintas.


granulometria (mm)

Concentrao final (mg L-1)


(mg L-1)


(mg L-1)

Quantidade adsorvida - qe (mg g-1)

Eficincia de remoo

(%)

1.1

< 0,5

2,347

2,377 7,623 1,143 76,23 1.2 2,420

1.3 2,365

2.1

0,5 - 1,0

3,515

3,531 6,469 0,970 64,69 2.2 3,563

2.3 3,515

3.1

1,0 - 2,0

4,204

4,200 5,800 0,870 58,00 3.2 4,235

3.3 4,162

Na Figura 12 pode-se observar o comparativo entre as concentraes resultantes na

soluo de azul de metileno, para as trs granulometrias utilizadas no processo de adsoro.

48


Figura 12. Comparativo das concentraes finais obtidas a partir da adsoro do corante azul

de metileno com trs granulometrias distintas.

O processo de adsoro do corante azul de metileno a partir do carvo da casca do

tungue, previamente tratado com ZnCl2 se mostrou novamente mais eficiente em relao ao

carvo sem tratamento e a casca do tungue in natura, como j tinha sido observado no item

anterior. A menor faixa de granulometria utilizada (< 0,5 mm) apresentou maior eficincia na

adsoro do azul de metileno nas trs condies. O mesmo j havia sido relatado por

GONALVES et al (2007), em estudo da caracterizao do carvo ativado obtido da erva-

mate em trs granulometrias distintas. O carvo produzido a partir da menor granulometria

apresentou maior capacidade mxima de adsoro do corante azul de metileno e do

herbicida atrazina, em relao aos outros dois tamanhos utilizados. O estudo atribui o

resultado ao fato de que o carvo de menor granulometria apresenta uma maior rea

superficial especfica, o que aumenta a capacidade de adsoro do carvo.

A adio de N2 no processo de carbonizao no resultou em uma visvel diferena na

eficincia de remoo do corante azul de metileno, da mesma forma que no teste anterior.

Dessa forma, nos estudos subsequentes, optou-se pela no adio do gs no processo de

queima.

49


4.4 ANLISE REFERENTE CONCENTRAO DO ADSORBATO

Este teste foi realizado com o objetivo de medir a capacidade de adsoro do corante

azul de metil

dissertacao carolina niedesberg

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