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Sulamita Mendonça de Resende
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM FILTRO DESTINADO AO
TRATAMENTO DE EFLUENTES DE PEQUENAS TINTURARIAS
UTILIZANDO MATERIAIS DE BAIXO CUSTO
OURO BRANCO, MG
2013
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Sulamita Mendonça de Resende
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM FILTRO DESTINADO AO
TRATAMENTO DE EFLUENTES DE PEQUENAS TINTURARIAS
UTILIZANDO MATERIAIS DE BAIXO CUSTO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Tecnologias para o Desenvolvimento Sustentável da Universidade Federal de São João Del-Rei, campus Alto Paraopeba, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Mestre.
Linha de Pesquisa: Processos e produtos para redução de impactos ambientais Orientador: Prof. Dr. Dane Tadeu Cestarolli Coorientadora: Prof. Dr.ª Elidia Maria Guerra
OURO BRANCO, MG
2013
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À memória de meus avós, Joaquim e Maria,
exemplos de amor e vida.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço,
A presença de Deus em cada momento de minha vida.
Aos meus pais Sonia e Raymundo, pelos ensinamentos de valores como respeito e
humildade e por todo amor e incentivo.
À minha irmã, Thalita, pelo apoio e amizade, sempre incondicionais.
Ao meu esposo José Leonardo, por estar sempre ao meu lado, me motivando e
suportando as dificuldades do dia a dia.
Aos meus orientadores, Dane e Elídia, pelos ensinamentos, paciência e amizade.
Aos professores do PPGTDS, por compartilharem suas experiências.
Ao Laboratório de Química da USP-Ribeirão Preto pelas análises de MEV, DRX e IV-
TF.
À Universidade Federal de São João Del-Rei (UFSJ) e ao Departamento de Química,
Biotecnologia e Engenharia de Bioprocessos (DQBIO), pela oportunidade concedida
para a realização do mestrado.
Aos amigos da UFSJ/CAP, em especial aos amigos Romália e Rafael, pela força e
amizade.
E a todas as outras pessoas que conheci durante esta jornada, muito obrigada.
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RESUMO
A poluição dos recursos hídricos se deve ao descarte inadequado de inúmeros tipos de
resíduos e efluentes nas formas líquida, sólida e gasosa. Devido às implicações
ambientais, é crescente o uso de tecnologias que visam à degradação ou imobilização de
contaminantes, como por exemplo, a utilização de carvão ativado, um material de fácil
obtenção e baixo custo. Os carvões ativados possuem a propriedade de adsorver
substâncias e, dessa forma, são muito utilizados para tratamento de efluentes e mesmo
para purificação de água para fins de consumo. O presente trabalho é, primeiramente, a
caracterização de dois carvões ativados comerciais (Proquímios® e Impex®), bem como
a investigação do processo de adsorção de azul de metileno, um corante tóxico que é
frequentemente descartado no meio ambiente sem nenhum tratamento, com a finalidade
de se produzir um filtro artesanal capaz de contribuir para a melhoria das técnicas de
tratamento de água. Nas análises por difração de raios-X em ambos os adsorventes
estudados, encontram-se, principalmente, carbono grafite e óxido de silício. A partir da
espectroscopia de infravermelho, observa-se no carvão Impex®, a presença de grupos
hidroxilas (OH livre), que são grupamentos fundamentais no processo de adsorção, os
quais não estão presentes no carvão Proquímios®. Observou-se que o carvão
Proquímios® apresenta poros homogêneos em dimensão e formato, diferentemente do
carvão Impex® que tem poros heterogêneos e mal distribuídos. Em solução, os carvões
elevaram o pH a um valor próximo de 10, ficando esse acima do ponto de carga zero
(PCZ). Em estudos de adsorção de azul de metileno, observou-se que ambos os carvões
atingem rapidamente seu equilíbrio de adsorção em 10 minutos, e sua maior eficiência é
obtida em pH igual a 12. O mecanismo de adsorção do azul de metileno em ambos os
carvões estudados é mais bem representado pelo modelo de Langmuir. As isotermas de
adsorção mostraram que o carvão Impex® apresenta capacidade de adsorção
ligeiramente superior ao Proquímios®. Nos estudos de leito fixo o carvão Proquímios®
obstruiu a coluna, devido a sua baixa granulometria, ao contrário do Impex® que
apresentou resultado bastante satisfatório com capacidade de adsorção de 470,4 mg.g-1.
Comparando as características adsortivas dos dois carvões ativados em estudo
determinou-se que o carvão Impex® é o melhor para a produção de filtros artesanais.
Após a construção do filtro com o carvão Impex®, obteve-se capacidade de tratamento
de cerca de 60 L/Kg de carvão.
Palavras-chave: Tratamento de efluentes; Adsorção; Carvão ativado; Azul de metileno.
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ABSTRACT
The pollution of water resources comes from inappropriate discart of countless types of
waste and effluents in the forms liquid, solid and gaseous. Due to the environmental
implications, is increasing the use of technologies that aim to degradation or
immobilization of contaminants, such as, the use of activated carbon, a material easy to
obtain and low cost. The activated carbons have the property of adsorbing substances
and thus they are widely used for waste water treatment and even purification of water
for consumption. This work is first of all the characterization of two commercial
activated carbons (Proquímios® and Impex®), as well as to investigate the adsorption of
methylene blue, a dye that is often toxic to the environment discarded without any
treatment, in order to produce a homemade filter craft capable of contributing to the
improvement of water treatment techniques. In the analyzes by X-ray diffraction on
both adsorbents studied, carbon graphite and silicon oxide. From infrared spectroscopy,
it was observed in activated carbon Impex®, the presence of hydroxyl groups (OH free),
fundamental groups in the adsorption process, which are not present in activated carbon
Proquímios®. It was observed that the activated carbon Proquímios® has homogeneous
pores in size and shape, unlike the activated carbon Impex®, which presents
heterogeneous and unevenly distributed pores. In solution, the activated carbon raised
the pH to a value closer to 10, this being above the point of zero charge (PZC). In
studies of methylene blue adsorption, it was observed that both activated carbons
quickly reach adsorption equilibrium in 10 minutes, and its efficiency is obtained at pH
12. The mechanism of adsorption of methylene blue in both coals studied is best
represented by the model of Langmuir. The adsorption isotherms showed that carbon
Impex® presents adsorption capacity slightly higher than Proquímios®. In studies fixed
adsorption columns the activated carbon Proquímios® blocked the column due to its low
granulometry, unlike Impex® which showed satisfactory result with adsorption of 470.4
mg g-1. Comparing to the characteristics of the two activated carbon adsorbent in this
study, it was determined that activated carbon Impex® is better for the production of
homemade filters. After constructing the filter with the carbon Impex®, it was obtained
treatment capacity about 60 L / kg of activated carbon.
Keywords: Wastewater treatment; Adsorption; Activated carbon; Methylene Blue.
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LISTA DE FIGURAS
1 – Estrutura do corante azul de metileno ...................................................................... 18
2 – Representação da curva de “Breakthrough” ............................................................. 26
3 – Conjunto de peneiras (marca Bertel) utilizadas no ensaio granulométrico, acopladas
à mesa vibratória (marca Solotest) .................................................................................. 31
4 – Esquema de funcionamento da coluna de leito fixo ................................................. 37
5 – Micrografias por MEV do carvão Proquímios®. (A, B) Carvão ativado comercial
Proquímios® antes da adsorção do AM em aumento 600 X e 3000 X, respectivamente;
(C) Carvão ativado comercial Proquímios® após adsorção do AM em aumento de 600 X
......................................................................................................................................... 41
6 – Micrografias por MEV do carvão Impex®. (A, B) Carvão ativado comercial Impex®
antes da adsorção do AM em aumento 600 X e 3000 X, respectivamente; (C) Carvão
ativado comercial Impex® após adsorção do AM em aumento de 600 X ..................... 42
7 – Exemplo de corantes utilizados para tingimento de roupas encontrados na região de
Ouro Branco, MG ........................................................................................................... 66
8 – (a) Esquema da montagem do filtro artesanal e (b) Montagem final do filtro .......... 67
9 – Tratamento de efluente após uso de água com corantes para tingimento de tecidos
......................................................................................................................................... 68
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LISTA DE GRÁFICOS
1 – Porcentagem de carvão Proquímios® retido em cada malha .................................... 39
2 – Porcentagem de carvão Impex® retido em cada malha ............................................ 39
3 – Difratograma do carvão ativado Proquímios® .......................................................... 43
4 – Difratograma do carvão ativado Impex® .................................................................. 44
5 – Espectro de IV-TF do carvão Proquímios® .............................................................. 45
6 – Espectro de IV-TF da amostra de carvão comercial da marca Impex® .................... 46
7 – Determinação do PCZ do carvão ativado Proquímios® ........................................... 48
8 – Determinação do PCZ do carvão ativado Impex® .................................................... 48
9 – Curva de calibração padrão para o azul de metileno a 660 nm ................................ 50
10 – Determinação do tempo para atingir-se o equilíbrio de adsorção de azul de
metileno para os diferentes carvões ................................................................................ 51
11 – Concentração de AM adsorvida pelo carvão Proquímios® em função da alteração
do pH da solução ............................................................................................................ 52
12 – Concentração de AM adsorvida pelo carvão Impex® em função da alteração do pH
da solução ....................................................................................................................... 53
13 – Eficiência da remoção de azul de metileno em função da concentração dos
materiais adsorventes ...................................................................................................... 54
14 – Isoterma de adsorção do azul de metileno para o carvão Proquímios® .................. 56
15 – Modelo de Langmuir aplicado à adsorção de azul de metileno usando o carvão
Proquímios® .................................................................................................................... 58
16 – Isoterma de adsorção do azul de metileno para o carvão comercial Impex® ......... 59
17 – Modelo de Langmuir aplicado para a adsorção do azul de metileno para o carvão
Impex® ............................................................................................................................ 60
18 – Curva de trespasse para a coluna de leito fixo usando o carvão Impex® para a
remoção de AM do efluente ........................................................................................... 61
19 – Curva ln[(Co /C)-1] versus Volume eluído para aplicação do modelo de Thomas
......................................................................................................................................... 63
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LISTA DE TABELAS
1 – Fator de Separação e o tipo de isoterma ................................................................... 23
2 – Comparação dos dados do peneiramento para o carvão Proquímios® em
granulometria retirada do reator ..................................................................................... 38
3 – Comparação dos dados do peneiramento para o carvão Impex® em granulometria
retirada do reator ............................................................................................................. 38
4 – pH das amostras de carvão em solução em função do tempo e lavagens ................. 47
5 – Dados obtidos a partir da linearização dos modelos de Freundlich e Langmuir para
adsorção do azul de metileno no carvão Proquímios® ................................................... 57
6 – Dados obtidos a partir da linearização dos modelos de Freundlich e Langmuir para
adsorção do azul de metileno no carvão Impex® ............................................................ 59
7 – Resultado da coluna de leito fixo para o carvão Impex® .......................................... 61
8 – Dados da curva de trespasse da Coluna de Leito fixo usando carvão Impex® na
adsorção de corante azul de metileno ............................................................................. 62
9 – Modelo de Thomas aplicado a coluna de leito fixo .................................................. 64
.
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LISTA DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS
� AM: Azul de metileno
� B.E.T.: Brunauer, Emmett e Teller
� CA: Carvão ativado
� Ce: Concentração de equilíbrio na fase líquida (g.L-1)
� Cf: Concentração final (g.L-1)
� DRX: Difração de Raio X
� IV-TF: Espectroscopia de Infravermelho
� K: Constante empírica relativa à capacidade de adsorção (números de sítios de
adsorção) (L.g-1)
� K l: Constante relacionada à afinidade entre o adsorbato e o adsorvente (L.g-1)
� m: massa (g)
� MEV: Microscopia Eletrônica de Varredura
� n: constante empírica relativa à intensidade de adsorção (afinidade entre
adsorvente e soluto)
� PCZ: Ponto de Carga Zero
� PE: Ponto de exaustão
� PT: Ponto de trespasse
� Qe: Quantidade adsorvida na fase sólida (g.g-1 adsorvente)
� Qmax: Quantidade máxima de adsorbato que o adsorvente é capaz de adsorver
(g.g-1)
� R2: Coeficiente de determinação
� RL: Fator de separação
11
� UV-Vis: Espectrofotometria no Ultravioleta Visível
� X: diferença entre concentração final e concentração inicial de determinado
analito
� ZA: Zona de sorção
� ∆G: Energia livre de Gibbs
12
SUMÁRIO
1. Introdução .................................................................................................................. 14
2. Objetivos .................................................................................................................... 16
2.1. Objetivo geral .................................................................................................. 16
2.2. Objetivos específicos ....................................................................................... 16
3. Revisão bibliográfica ................................................................................................. 17
3.1. Corantes têxteis ................................................................................................ 17
3.2. Azul de metileno .............................................................................................. 17
3.3. Adsorção .......................................................................................................... 18
3.3.1. Carvão ativado .......................................................................................... 19
3.4. Ponto de Carga Zero (PCZ) ............................................................................. 20
3.5. Isotermas de adsorção ...................................................................................... 20
3.5.1. Isoterma de Langmuir ............................................................................... 21
3.5.2. Isoterma de Freundlich ............................................................................. 23
3.6. Formas de condução dos ensaios de adsorção ................................................. 24
3.6.1. Adsorção em batelada ............................................................................... 24
3.6.2. Adsorção em leito fixo ............................................................................. 25
3.6.3. Projeto para coluna de leito fixo em escala industrial .............................. 28
4. Materiais e Métodos ................................................................................................... 30
4.1. Caracterização dos adsorventes ....................................................................... 30
4.1.1. Análise granulométrica ............................................................................. 30
4.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .......................................... 31
4.1.3. Difração de raios X (DRX) ....................................................................... 32
4.1.4. Espectroscopia de Infravermelho (IV-TF) ............................................... 32
4.1.5. Análise do pH do carvão em função do tempo ......................................... 33
4.1.6. Ponto de Carga Zero (PCZ) ...................................................................... 33
4.2. Soluções ........................................................................................................... 34
4.3. Curva de calibração para o azul de metileno ................................................... 34
4.4. Estudos de adsorção em regime de batelada .................................................... 34
4.4.1. Tempo de equilíbrio de adsorção em solução de azul de metileno .......... 35
4.4.2. Influência do pH na adsorção de azul de metileno ................................... 35
4.4.3. Influência da massa de adsorvente na adsorção ....................................... 36
13
4.4.4. Estudos de isotermas de adsorção ............................................................ 36
4.5. Adsorção em coluna de leito fixo .................................................................... 36
5. Resultados .................................................................................................................. 38
5.1. Caracterização dos adsorventes ....................................................................... 38
5.1.1. Análise granulométrica ............................................................................. 38
5.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .......................................... 40
5.1.3. Difração de Raios X (DRX) ..................................................................... 43
5.1.4. Espectroscopia de Infravermelho (IV-TF) ............................................... 44
5.1.5. Análise do pH do carvão em solução ....................................................... 46
5.1.6. Ponto de Carga Zero (PCZ) ...................................................................... 47
5.3. Estudos de adsorção em regime batelada......................................................... 50
5.3.1. Tempo de equilíbrio da adsorção em solução de azul de metileno .......... 50
5.3.2. Influência do pH na adsorção de azul de metileno ................................... 52
5.3.3. Influência da massa de adsorvente na adsorção ....................................... 53
5.4. Estudo de isotermas de adsorção ..................................................................... 55
5.4.1. Isotermas de adsorção para o carvão ativado Proquímios® ...................... 55
5.4.2. Isotermas de adsorção para o carvão ativado Impex® .............................. 58
5.5. Estudo de adsorção em coluna de leito fixo..................................................... 60
5.6. Projeto para coluna de leito fixo em escala industrial ..................................... 62
6. Produção de filtro artesanal de carvão ativado para aplicação em tinturarias
caseiras ....................................................................................................................... 65
7. Conclusões e Sugestões ............................................................................................. 70
REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 73
ANEXOS ........................................................................................................................ 80
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1. Introdução
A explosão demográfica que ocorreu neste século, associada a fatores como a intensa
industrialização, carência de alimentos, poluição e exaustão dos recursos naturais tem
provocado, nos últimos anos, grande preocupação com o meio ambiente em âmbito
mundial. Dentro desta realidade, a degradação ambiental tem se agravado nas últimas
décadas, particularmente no que se refere à poluição dos recursos hídricos
(BRESAOLA JUNIOR, 2000). A água é um elemento essencial para toda a vida do
planeta, visto que constitui cerca de 60% do peso do homem e, em alguns animais
aquáticos, está próximo de 98% do peso. Ela possui, também, propriedades de solvente
e capacidade de transportar partículas, incorporando elementos que caracterizam a
qualidade desta (VON SPERLING, 2005).
O desenvolvimento industrial vem se caracterizando como uma das principais causas
para o agravamento da poluição, pois seus processos geram diferentes tipos de resíduos
e efluentes nas formas líquida, sólida e gasosa, que geralmente são descartados de
maneiras inadequadas. Dentre as principais indústrias poluidoras de recursos hídricos,
destaca-se a têxtil. Segundo GUARATINI E ZANONI (2000), a atividade da tinturaria
remonta há muitos séculos e com isso há uma enorme oferta de corantes no mercado.
Atualmente, são produzidos anualmente mais de 700.000 toneladas de corantes e
pigmentos em todo o mundo (REZENDE, 2012). E, o setor têxtil apresenta enorme
destaque, devido à magnitude de seu parque industrial e, consequentemente, ao
lançamento de um grande volume de efluentes (KUNZ et al., 2002) de composição
bastante heterogênea (CLAUSEN e TAKASHIMA, 2007) no meio ambiente, visto que
aproximadamente 30% dos corantes aplicados, não aderem às fibras dos tecidos,
gerando, assim resíduos, que tornam os efluentes coloridos, tóxicos e resistentes aos
tratamentos químicos, físicos e biológicos convencionais, o que pode levar a mudanças
no ecossistema, alterando os ciclos biogeoquímicos, principalmente a fotossíntese e a
solubilidade de gases (REZENDE, 2012).
Além desses fatores, o maior problema ambiental da liberação desses resíduos está na
vasta utilização de azo-corantes, os quais apresentam efeito carcinogênico e mutagênico
15
e perfazem em torno de 60% da quantidade de tintura consumida em todo mundo. É
valido ressaltar também que a despigmentação dos efluentes é tão importante quanto a
redução de sua toxicidade, já que a concentração menor que 1 mg.L-1 perturba
claramente a biota aquática (CLAUSEN e TAKASHIMA, 2007).
Em busca da sustentabilidade ambiental constata-se cada vez mais a necessidade de se
dar a devida importância a efluentes líquidos que são descartados em pequenas
fabriquetas (ou mesmo residências) devido a processos artesanais, como por exemplo, o
tingimento de roupas a partir de corantes têxteis.
Visando à degradação ou imobilização desses contaminantes e, dentre os diversos
métodos convencionais de tratamento de efluentes visando à remoção de corantes
sintéticos neles presentes, a utilização do carvão ativado para a adsorção desses
resíduos, destaca-se por apresentar vantagens como o elevado grau de reatividade
superficial e volume de poros, que conferem ao adsorvente uma alta capacidade
adsortiva, além do baixo custo apresentado pela técnica, que permite, não só a aplicação
industrial, mas aplicação doméstica e em fabriquetas, ou mesmo para uso em
laboratórios de ensino de universidades.
16
2. Objetivos
2.1. Objetivo geral
Este trabalho de pesquisa tem o objetivo principal estudar a adsorção de azul de
metileno em dois diferentes carvões ativados comerciais (Proquímios® e Impex®), com
a finalidade de produzir um filtro artesanal capaz de contribuir para a melhoria das
técnicas de tratamento de efluentes têxteis.
2.2. Objetivos específicos
Como objetivos específicos associados ao objetivo principal, citam-se:
i) Caracterização quanto à qualidade dos poros dos carvões ativados obtidos
comercialmente, estabelecendo uma relação direta entre as propriedades
superficiais dos mesmos e os resultados de adsorção obtidos com a molécula
modelo do corante azul de metileno.
ii) Comparação entre as características adsortivas dos dois carvões ativados em
estudo, a fim de determinar o melhor deles para a produção de um filtro
artesanal para tratamento de efluentes têxteis.
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3. Revisão bibliográfica
3.1. Corantes têxteis
Os corantes têxteis têm sua origem incerta, mas seu uso pode ser observado pelo
homem desde os primórdios das civilizações. No Egito, foram encontrados tecidos
coloridos em múmias. E, no Brasil, desde o descobrimento, sua história relaciona-se à
produção de corantes. Como exemplo, o próprio nome, que provém da madeira “Pau
Brasil”, da qual era extraído pigmento capaz de tingir tecidos com cores fortes, como
vermelho, rosa ou marrom (BRUNO, 2008).
Atualmente, estima-se que são produzidos, anualmente, mais de 700.000 toneladas de
corantes e pigmentos em todo o mundo. E, aproximadamente 30% dos corantes
aplicados na indústria têxtil, por não aderirem às fibras dos tecidos, se perdem gerando
resíduos, que quando lançados nos efluentes, os tornam coloridos, tóxicos e resistentes
aos tratamentos químicos, físicos e biológicos convencionais, o que pode levar a
mudanças no ecossistema, alterando os ciclos biogeoquímicos (REZENDE, 2012).
3.2. Azul de metileno
O corante azul de metileno (cloridrato de metiltiamina - C16H18SN3Cl . 3H2O) é o mais
comumente utilizado dentre todos os corantes da indústria têxtil e, é geralmente usado
no tingimento de algodão e seda. Este corante orgânico de caráter catiônico, que em
solução aquosa dissocia-se em ânion cloreto e cátion azul de metileno (C16H18N3S+), por
apresentar uma complexa estrutura molecular aromática, é inerte e de difícil
degradação, quando lançados no efluente (apud TRAMONTIN et al., 2011).
Na FIG.1 podemos observar a estrutura do azul de metileno.
18
FIGURA 1 - Estrutura do corante azul de metileno. Fonte: Merck, 1952.
Inúmeros estudos são observados em literaturas especializadas e dizem respeito à
interação corante – argila, e as conclusões desses trabalhos referem-se à capacidade da
argila em adsorver em sua superfície cátions de cálcio, sódio, magnésio e potássio, e os
cátions do azul de metileno em meio aquoso. A troca catiônica que ocorre leva à
formação de uma monocamada de moléculas de azul de metileno sobre a superfície da
argila (BATISTA, 2006).
Visando aprimorar os estudos de adsorção, diversos pesquisadores chegaram a outros
adsorventes capazes de, como a argila, adsorver a molécula de corantes e metais,
estabelecendo, assim, técnicas de aprimoramento para o tratamento de efluentes
contendo determinados poluentes.
3.3. Adsorção
Em se tratando de tratamento de efluentes, uma das técnicas bastante utilizada e de alta
eficiência na remoção de moléculas de corantes é a adsorção, um processo de interface
onde moléculas de uma fase fluida, chamada adsorbato (gás ou líquido), aderem a uma
superfície sólida (adsorvente) (SCHWANKE, 2003 apud NOGUEIRA, 2010).
Para se estudar a adsorção, deve-se levar em conta fatores importantes que interferem na
sua efetividade como: temperatura, polaridades das substâncias, pH do meio, pressão e
área da superfície do adsorvente - os sólidos porosos como o carvão são ótimos
adsorventes (apud FURLAN, 2008).
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Outros aspectos importantes referentes à adsorção são: a forma de organização das
moléculas adsorvidas, que podem ocorrer em mono ou multicamadas; a estrutura
molecular ou a natureza do adsorvente, e o tipo e a localização dos grupos funcionais
responsáveis pela adsorção (CIOLA, 1981 apud FURLAN, 2008).
O fenômeno da adsorção pode se classificar como químico (quimiossorção) ou físico
(fisiossorção), devido à presença de diferentes forças de interação. Na quimiossorção
prevalece a formação de ligações químicas entre adsorvente e adsorvato, levando à
modificação estrutural das moléculas adsorvidas. Essas ligações são fortes e
irreversíveis. Esse tipo de adsorção geralmente leva à formação de uma única camada
de moléculas na superfície do adsorvente. Já na fisiossorção, adsorvente e adsorvato se
interagem segundo forças de van der Walls, uma interação fraca, facilmente reversível e
que pode ocorrer em multicamadas (CIOLA, 1981).
3.3.1. Carvão ativado
Dentre as diversas substâncias adsorventes presentes no mercado, o carvão ativado (CA)
é um material carbonoso com área superficial interna e porosidade elevadas, essas
características o torna adequado para o uso, em escala laboratorial e industrial, como
adsorvente de moléculas em fase gasosa e/ou líquida, pois, além da alta capacidade de
adsorção, possui baixa reatividade térmica, resistência a grandes variações de pH no
meio e capacidade de regeneração (NETPRADIT et al., 2003). Devido a suas
características, esses carvões têm sido amplamente estudados e usados para aplicações
em tecnologias de controle de poluição (NUNES, 2008).
A capacidade de adsorção do carvão ativado depende de características como
polaridade, solubilidade, pH do meio, área superficial, distribuição e tamanho dos
poros, grupamentos funcionais superficiais, presença de outros íons no meio além do
adsorbato e tamanho da molécula do adsorbato (ATTIA et al., 2008).
Os carvões ativados podem ser obtidos por combustão, combustão parcial e
decomposição térmica de várias substâncias carbonadas. Podem se apresentar na forma
granular, que se caracteriza por uma grande superfície interna; ou, na forma em pó,
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onde se tem uma menor superfície interna (BANSAL; DONNET; STOECKLI, 1988
apud KAWAHIGASHI, 2012).
Os carvões ativados são quimicamente inertes e, para adquirirem propriedade adsortiva,
são tratados em ambiente de baixo teor de oxigênio, esse processo de ativação confere
ao material grande porosidade interna, permitindo uma ampla utilização seja para
purificação, desintoxicação, desodorização, filtração, descoloração, remoção ou para
modificar sabor e concentração de uma grande variedade de materiais líquidos e gasosos
(BANSAL; DONNET; STOECKLI, 1988 apud KAWAHIGASHI, 2012). Também
podem ser utilizados como catalisadores ou aplicações especiais em baterias, estação
nuclear, alimentos, filtros de cigarro e adsorção de metais (NOGUEIRA, 2010).
3.4. Ponto de Carga Zero (PCZ)
O pH é um dos interferentes no processo de adsortivo, como por exemplo, na adsorção
de metais pesados, visto que o pH determina a concentração dos íons H3O+ que podem
competir com os cátions metálicos a serem adsorvidos (NOBREGA et al., 2009). A
carga superficial do adsorvente também pode ser influenciada pelo pH do meio.
Conhecendo o Ponto de Carga Zero do adsorvente, ou seja, o valor de pH no qual a
carga total da superfície do adsorvente é igual a zero, permite-se estimar se o adsorvente
tende a tornar-se carregado positivamente ou negativamente quando em solução. Sendo
o pH da solução capaz de controlar o carregamento superficial do adsorvente.
Se o pH da solução estiver abaixo do PCZ, o reagente apresentará carregamento
superficial positivo, e; se estiver acima do PCZ o carregamento será negativo (NUNES,
2008). Adsorventes com alto número de sítios negativos possuem grande número de
grupamentos hidroxílicos em sua superfície o que os torna bons adsorventes de
moléculas catiônicas.
3.5. Isotermas de adsorção
A isoterma de adsorção é a curva resultante da correlação de equilíbrio entre a
quantidade de soluto adsorvido por unidade de massa adsorvente (mg.g-1) e
21
concentração de soluto na fase fluida (mg.L-1), numa dada temperatura constante
(PEREIRA, 2008).
O equilíbrio pode se estabelecer em monocamadas quando, a uma dada temperatura e
pressão, apenas uma camada de adsorbato interage com o adsorvente. Ou pode ser
multicamadas quando dois ou mais adsorbatos podem ocupar a mesma superfície
adsorvente, formando isotermas mais complexas (NOGUEIRA, 2010).
Segundo MEZZARI (2002), as isotermas ajudam a indicar:
1. O modo como o adsorvente efetivamente adsorverá o soluto e se a
purificação pode ser obtida.
2. A estimativa da quantidade máxima de adsorção do adsorvente.
3. Informações que ajudam a determinar se o adsorvente é economicamente
viável para o tratamento do líquido.
Existem vários modelos publicados na literatura para descrever os dados experimentais
das isotermas de adsorção, mas dentre os diferentes modelos matemáticos, Langmuir e
Freundlich são os mais frequentemente usados para descrever isotermas aplicadas ao
tratamento de águas e efluentes (VERSIANI, 2008).
3.5.1. Isoterma de Langmuir
Segundo o modelo proposto do Langmuir o adsorvente possui um número limitado de
posições na superfície e as moléculas podem ser adsorvidas até que todos os sítios
superficiais disponíveis estejam ocupados. Considera-se que as moléculas são
adsorvidas em sítios livres, não havendo interações entre moléculas adsorvidas, nem
entre elas e o meio, quando o equilíbrio é atingido.
A adsorção atinge o equilíbrio quando a quantidade adsorvida permanece constante
independente do tempo de contato entre o adsorvente e o adsorbato (VERSIANI, 2008).
22
A isoterma de Langmuir é expressa pela EQ.1.
�� � �������1 � ���
Equação 1
A mesma pode ser linearizada, resultando na EQ.2.
1��
� 1�������
� 1����
Equação 2
Onde:
• Qe: quantidade adsorvida na fase sólida (g.g-1 adsorvente).
• Qmax: quantidade máxima de adsorbato que o adsorvente é capaz de adsorver
(g.g-1).
• Ce: concentração de equilíbrio na fase líquida (g.L-1).
• K l: constante relacionada à afinidade entre o adsorbato e o adsorvente (L.g-1)
A previsão de quanto à adsorção em um sistema é favorecida ou não pode ser feita
através de um fator adimensional denominado fator de separação (RL), chamado
também de parâmetro de equilíbrio, cuja expressão é dada pela EQ.3 (NUNES, 2008 e
MEZZARI, 2002).
� � 11 � ��
Equação 3
Onde:
• C0: concentração inicial da solução (g.L-1).
• K: constante relacionada à afinidade entre o adsorbato e o adsorvente (L.g-1).
23
A TAB.1 mostra os valores típicos de RL e os tipos de isotermas segundo o
favorecimento do processo de adsorção.
TABELA 1 Fator de Separação e o tipo de isoterma.
RL Tipo de isoterma
RL>1 Desfavorável
RL=1 Linear
RL=0 Irreversível
0<RL<1 Favorável
Fonte: NOGUEIRA, 2010.
Outro parâmetro muito usado é a Energia livre de Gibbs (∆G) que indica a
espontaneidade do processo de adsorção e pode ser determinada pela EQ.4.
�� � � �������
Equação 4
Onde:
• R: constante dos gases (8,314 J mol-1K-1)
• T: temperatura do experimento em Kelvin
3.5.2. Isoterma de Freundlich
Um dos primeiros modelos de adsorção foi proposto por Freundlich para equacionar a
relação entre a quantidade de material adsorvido e a concentração do material que não
foi adsorvido e permanece na solução (concentração no equilíbrio) (VERSIANI, 2008).
Assim sendo, a isoterma de Freundlich é um modelo que considera a adsorção em
multissítios em superfícies heterogêneas. A heterogeneidade na superfície do adsorvente
e das várias interações adsorvente-adsorbato, deve-se à presença de diferentes grupos
funcionais (NOGUEIRA, 2010).
24
A EQ.5 representa a isoterma de Freundlich.
�� � �� � �⁄
Equação 5
Na forma linearizada a expressão resulta na EQ.6.
������ � ln��� � ln ����
. Equação 6
Onde:
• Qe: quantidade adsorvida na fase sólida (g.g-1).
• Ce: concentração de equilíbrio na fase líquida (g.L-1).
• K: constante empírica relativa à capacidade de adsorção (números de sítios
de adsorção) (L.g-1).
• n: constante empírica relativa à intensidade de adsorção (afinidade entre
adsorvente e soluto).
3.6. Formas de condução dos ensaios de adsorção
3.6.1. Adsorção em batelada
Experimentos laboratoriais realizados com o intuito de se estabelecer as propriedades
adsortivas gerais do adsorvente. A fim de se obter as isotermas de adsorção, adiciona-se
uma determinada massa de adsorvente em pó à solução a ser tratada, formando uma
dispersão.
O sistema formado permanece sob agitação até o equilíbrio, para então obter-se a
quantidade adsorvida e a concentração que permanece em solução. Com estes dados é
possível construir o gráfico de Qe versus Ce. Na maioria dos casos, observam-se
isotermas favoráveis de adsorção de corantes em adsorventes, principalmente carvões
ativados, cujos dados de equilíbrio são comumente ajustados aos modelos de Langmuir
e Freundlich (SCHIMMEL, 2008).
25
3.6.2. Adsorção em leito fixo
Processo dinâmico, em que efluente flui através de uma coluna contendo um leito fixo
adsorvente, que gradativamente remove os corantes, purificando progressivamente o
resíduo aquoso à medida que este passa através da coluna (VASQUES, 2008).
O fluxo do efluente pelo leito fixo pode ser descendente por ação da gravidade ou
ascendente por bombeamento do líquido.
Normalmente não se opera uma coluna de adsorção até seu esgotamento. Na prática a
operação é interrompida quando a concentração de saída atinge um nível de
contaminantes permissível por lei (VASQUES, 2008). Esta concentração é referida
como “Concentração de Breakthrough”, como mostra a FIG. 2, a qual relaciona a
concentração de adsorbato no efluente tratado e o volume de eluição, que pode ser
também representado pelo tempo de operação.
26
FIGURA 2 – Representação da curva de “Breakthrough”. Fonte: Modificado e adaptado de (NOGUEIRA, 2010).
Na saída da coluna o efluente sai livre do poluente (ponto Ca). A camada superior passa
a ficar saturada e a zona de sorção (ZA) vai se movimentando no sentido de cima para
baixo conforme o fluxo da solução continua. O ponto Cb é determinado quando a
metade da coluna do leito esta saturada, no entanto o efluente ainda sai com ausência de
poluente. O ponto Cc representa o momento em que a zona de saturação atinge o fundo
do leito e efluente tratado passa a apresentar poluentes. No ponto Cd, a coluna esta
totalmente saturada, não ocorre adsorção e o efluente sai com a mesma concentração
inicial (C), sendo este chamado de ponto de exaustão (PE) (PERUZZO, 2003).
27
O ponto da curva no qual a concentração do adsorbato no efluente tratado atinge valores
entre 5 e 10% da sua concentração inicial (C) tem-se o ponto de trespasse (Pt).
A partir dessa curva de trespasse pode-se avaliar a eficiência do leito fixo, além de se
dimensionar colunas de adsorção para fins de tratamento industrial. A zona de sorção é
a extensão do leito na qual a concentração do efluente passa de Pt para PE. O tamanho da
zona de sorção (ZA) relaciona-se com a eficiência do sistema.
Quanto menor ZA, mais o sistema de leito fixo é considerado ideal para aquele soluto
(PEREIRA, 2008). Assim sendo, o tempo de surgimento do efluente na saída da coluna
e a forma da curva de rotura são características muito importantes para determinação da
operação e resposta dinâmica da coluna de adsorção (NOGUEIRA, 2010).
A curva de ruptura pode também ser expressa através da concentração do corante no
efluente em função do tempo, considerando-se a vazão volumétrica. Sabendo-se que o
volume do efluente (Vef) pode ser calculado através da EQ.7.
��� � � �
Equação 7
Onde:
• t: tempo (min)
• Q: vazão volumétrica (mL.min-1)
Segundo MALKOC et al. (2006), a quantidade total de adsorbato (qtotal em mg) pode ser
calculado através da EQ.8.
!"!�� � �#1000 � �
1000 % & �'�!(!)*)+,
!(�
Equação 8
Onde:
• A: Área abaixo da curva de ruptura
• Q: vazão volumétrica (mL.min-1)
• Co: Concentração inicial do soluto
28
Pode se calcular a quantidade total de adsorbato passado pela coluna (mtotal) através da
EQ.9 (MALKOC et al., 2006).
-!"!�� � � � �!"!��1000
Equação 9
A capacidade máxima de adsorção da coluna Qeq (mg.g-1) pode ser definida pela EQ.10
(MALKOC et al., 2006).
��. � �!"!��/
Equação 10
Onde:
• Qtotal: Montante total de adsorbato adsorvido (mg)
• X: quantidade de adsorvente usado na coluna (g)
3.6.3. Projeto para coluna de leito fixo em escala industrial
Com base nos resultados obtidos na curva de trespasse é possível se desenvolver uma
coluna de escala laboratorial ou industrial, com o objetivo de purificar, a partir de um
sólido adsorvente, o efluente contendo determinado poluente.
Para isso, existem vários modelos matemáticos que podem ser utilizados, sendo o
modelo de Thomas considerado o mais simples (NOGUEIRA, 2010). Este modelo é
descrito pela EQ.11 (HAN et al., 2006).
�
� 11 � 01234 �45+6789:;�
Equação 11
29
Onde:
• KTH: Constante de Thomas (ml.min-1.mg-1)
• Qmax: Capacidade máxima de adsorção (mg.g-1)
• V: volume do efluente (ml)
• M: massa do adsorvente (g)
• Q: vazão do efluente na coluna (ml.min-1)
Uma forma linearizada da EQ.11 é a dada pela EQ.12. (HAN et al.,2006)
ln < �
� 1= � �>?����@� � �>?��
�
Equação 12
Esta forma sugere a representação gráfica ln (C/C0 - 1) versus V, através da qual pode-
se obter os coeficientes da reta que permitem determinar KTH e Qmax.
• (KTH Co)/Q é o coeficiente angular
• (KTH Qmax M)/Q é o coeficiente linear
30
4. Materiais e Métodos
4.1. Caracterização dos adsorventes
Foram utilizadas amostras de dois carvões ativados comerciais nos experimentos: o
carvão ativado da marca Proquímios Comércio e Representação, identificado nos
estudos pela letra P e carvão ativado da marca Labimpex Ind. e Com. de Prods. p/ Lab.
Ltda., identificado pela letra I.
4.1.1. Análise granulométrica
Este ensaio foi realizado segundo a norma NBR 7181 (ABNT, 1984) que estabelece que
certa quantidade de amostra seja peneirada por um conjunto de peneiras da série
Tyler/mesh (28 a 200) acopladas a uma mesa vibratória. O conjunto de peneiras da série
Tyler utilizada neste trabalho (FIG.3) pertence ao Laboratório de Engenharia Civil da
UFSJ/CAP.
31
FIGURA 3 – Conjunto de peneiras (marca Bertel) utilizadas no ensaio granulométrico, acopladas à mesa vibratória (marca Solotest).
Para fins de determinação da faixa granulométrica dos dois carvões ativados em estudo,
foram colocadas peneiras, segundo ordem crescente de aberturas de 28 a 200 mesh para
uma massa de 10 g de cada carvão. As peneiras foram tampadas, lacradas e agitadas em
um peneiramento vertical por 10 minutos. Após o peneiramento, cada amostra retida nas
peneiras foi pesada em balança analítica.
4.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
A caracterização morfológica dos carvões ativados Impex® e Proquímios® foi realizada
por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), uma técnica bastante versátil em
captar e medir as diversas radiações provenientes das interações elétron-amostra.
32
A partir dessa interação é possível determinar composição, topografia, potencial
eletrostático, dentre outras propriedades da amostra (LACERDA, 2010). As análises de
MEV foram realizadas em um microscópio de varredura eletrônico computadorizado
ZEISS DSM 960, localizado no Laboratório de Química da USP-Ribeirão Preto.
As amostras dos dois carvões foram analisadas antes e depois do ensaio de adsorção
para verificar a presença do adsorbato nos sítios ativos presentes nas superfícies das
biomassas. Para os carvões, foram realizadas somente análises de caracterização
morfológica das superfícies.
4.1.3. Difração de raios X (DRX)
A difratometria de raios X corresponde a uma das principais técnicas de caracterização
microestrutural de materiais cristalinos. Ocorre pela interação entre o vetor campo
elétrico da radiação e os elétrons da matéria que a radiação atravessa resultando no
espalhamento, do qual ocorre a interferência entre os raios espalhados resultando na
difração (LACERDA, 2010).
No presente estudo, os difratogramas foram coletados em difratômetro modelo
SIEMENS D5005, com anodo de cobre e monocromador de grafite, com base de dados
JCPDS de 2010, equipamento pertencente ao Laboratório de Química da USP de
Ribeirão Preto.
4.1.4. Espectroscopia de Infravermelho (IV-TF)
A espectroscopia na região do infravermelho é utilizada para identificar um composto
ou investigar a composição de uma amostra. O princípio se baseia no fato de que as
ligações químicas das substâncias possuem frequências vibratórias específicas, as quais
dependem da forma da superfície de energia potencial da molécula, da geometria
molecular, das massas dos átomos (VERSIANI, 2008).
Os espectros no infravermelho dos carvões comerciais foram obtidos em um
espectrofotômetro infravermelho por transformada de Fourier, modelo Bomem MB-
33
100, com 20 varreduras acumulativas abrangendo a faixa de número de onda de 400-
4000 cm-1.
Os espectros foram coletados utilizando o método com pastilhas de KBr, onde uma
pequena quantidade da amostra misturada a brometo de potássio é triturada utilizando-
se um almofariz de ágata. As pastilhas desta mistura foram obtidas utilizando-se um
pastilhador numa pressão de 107 Pa.
As análises de IV-FT foram realizadas no Laboratório de Química da USP-Ribeirão
Preto.
4.1.5. Análise do pH do carvão em função do tempo
Os ensaios para avaliar o comportamento iônico do carvão em meio aquoso, em função
do tempo, foram realizados para os 2 carvões, utilizando-se béquers de 250mL. Cada
amostra foi preparada a partir de 2g de carvão em 100mL de água. As suspensões foram
submetidas a sucessivas medidas de pH em pHmetro digital (Del Lab – modelo DLA-
PH), nos tempos de 0, 5, 10 e 30 minutos. Após a última medida a 30 min., realizou-se a
filtragem do material em bomba a vácuo (Exipump), com lavagem do carvão e posterior
secagem em estufa (Nova Ética – NE 2234) a 70ºC por 120 minutos.
Após secagem do carvão, o mesmo foi novamente analisado, seguindo os
procedimentos anteriores até que se completassem três lavagens. O experimento foi
realizado em duplicata para cada carvão em estudo.
4.1.6. Ponto de Carga Zero (PCZ)
O Ponto de Carga Zero é definido como o pH em que a superfície do adsorvente possui
carga neutra. (GUILARDUCI et al., 2006).
A metodologia empregada para sua determinação é denominada “experimento dos 11
pontos” e foi descrita por REGALBUTO e ROBLES (2004). O procedimento consiste
em se fazer uma mistura de 50 mg do adsorvente em 50 mL de solução aquosa sob 11
34
diferentes condições de pH inicial (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12), ajustados com
soluções de HCl ou NaOH 0,1 mol.L-1, e medir o pH após 24 horas de equilíbrio.
Fazendo-se o gráfico de pH final versus pH inicial, e fazendo-se uma média entre os
pontos que tendem a um mesmo valor, tem-se o PCZ que corresponde à faixa na qual o
pH final se mantém constante, independentemente do pH inicial, ou seja, a superfície
comporta-se como um tampão.
4.2. Soluções
Para os estudos de adsorção de azul de metileno (AM), uma solução estoque em
concentração de 1,0.10-4 mol.L-1, foi preparada usando azul de metileno da marca
Proquímios®, dissolvido em água destilada. As concentrações das amostras contendo
azul de metileno foram determinadas por espectrofotometria UV-Vis, usando aparelho
da marca Shimadzu, modelo UV-3600, no comprimento de onda de 660 nm.
4.3. Curva de calibração para o azul de metileno
Para realização dos estudos de adsorção, foi utilizado o método espectrofotométrico,
com a finalidade de se determinar a concentração do analito em solução. Para isso, fez-
se necessária a construção de uma curva de calibração padrão, que serviu de parâmetro
para as demais análises.
Para construção da curva, foram preparadas, em balão volumétrico de 100 mL, 5
amostras de concentração conhecida de azul de metileno (1,0.10-4; 5,0.10-5; 2,5.10-5;
1,25.10-5 e 6,25.10-6 mol.L-1), as quais foram submetidas uma a uma sob análise
espectrofotométrica UV-Vis em comprimento de onda de 660 nm.
4.4. Estudos de adsorção em regime de batelada
Para os estudos de adsorção em batelada, foram usados os carvões comerciais
Proquímios® e Impex®. Os ensaios foram realizados em triplicata, a média aritmética
entre eles foi calculada, para fins de construção de gráficos. Os ensaios foram realizados
em temperatura ambiente e não foram feitas correções de pH durante os processos.
35
4.4.1. Tempo de equilíbrio de adsorção em solução de azul de metileno
Foram realizados ensaios para se determinar o tempo de equilíbrio de adsorção do azul
de metileno nos dois carvões em estudo. Os ensaios foram realizados em 5, 10, 30 e 60
minutos, a partir da adição, em béqueres de 250 mL, de 0,05g de cada carvão ativado
em 100 mL de solução de azul de metileno em concentração inicial de 1,0.10-4 mol.L-1.
As amostras foram monitoradas e, periodicamente ao longo do tempo, uma alíquota era
separada e a suspensão era filtrada em filtro Qualy de 14 µm de poro da marca J. Prolab.
O filtrado era analisado por UV-Vis para se determinar a concentração de azul de
metileno ainda presente em solução.
Visando eliminar a interferência do filtro que retém parte do azul de metileno no
processo de filtragem e determinar apenas o tempo gasto pelo carvão para adsorver a
substância, foram realizadas, em paralelo, medidas de absorbância de azul de metileno
em solução após passagem apenas pelo filtro, sem a presença de carvão. Para fins de
comparação gráfica, foram realizadas 4 filtragens consecutivas da solução, mostrando
quanto o filtro é capaz de absorver.
4.4.2. Influência do pH na adsorção de azul de metileno
Para avaliar a influência do pH do meio na adsorção de azul de metileno pelos carvões
em estudo, foram usadas massas de 0,05g de cada carvão, em erlenmeyer de 250 mL,
com 100 mL de solução de azul de metileno com concentração fixa de 1,0.10-4 mol.L-1 e
ajustado os pHs nos valores predeterminados de 4,0; 7,0; 9,0 e 12,0.
Os ensaios foram realizados sob agitação a 160 rpm por 60 minutos. Foram retiradas
alíquotas que foram filtradas e analisadas por UV-Vis para determinação da
concentração residual de azul de metileno na solução. Os pHs foram ajustados com
soluções de HCl (em concentrações de 1,0; 0,1 e 0,01 mol.L-1) e de NaOH (em
concentrações de 1,0; 0,1 e 0,01 mol.L-1). Somente o pH inicial foi ajustado, não tendo
sido feitas correções ao longo do processo de adsorção.
36
4.4.3. Influência da massa de adsorvente na adsorção
Para determinação do efeito de diferentes massas de adsorvente na adsorção de azul de
metileno pelos carvões em estudo, para definir qual a melhor concentração de material
adsorvente no meio, foram pesados 0,025; 0,05; 0,1 e 0,2 g de cada carvão e colocados
em erlenmeyers de 250 mL com 100 mL de solução de azul de metileno com
concentração fixa de 1,0.10-4 mol.L-1 em pH igual a 7,0. Os ensaios foram realizados
por 60 minutos sob agitação a 160 rpm. Após o tempo de ensaio, alíquotas foram
retiradas, filtradas e analisadas por UV-Vis.
4.4.4. Estudos de isotermas de adsorção
Os ensaios para os traçados das isotermas de adsorção foram realizados para os dois
carvões utilizando-se 0,01g de cada adsorvente em 125 mL da solução de azul de
metileno 1,2 x 10-3 g.L-1 em pH 7,0. Os ensaios foram realizados em erlenmeyers de
250 mL, com o pH monitorado, não sendo feito ajustes de pH durante o experimento.
Após o tempo de adsorção completar 60 minutos, as soluções foram filtradas e
analisadas por UV-Vis, a fim de se determinar a concentração de azul de metileno em
equilíbrio.
4.5. Adsorção em coluna de leito fixo
Os leitos usados para a adsorção de azul de metileno usando os carvões Impex® e
Proquímios® foram montados em buretas de 25 mL de volume, conforme FIG. 4. Os
leitos possuíam 117 mm de comprimento e 8,9 mm de diâmetro. A quantidade de
carvão usada foi de 0,5 g para ambos os carvões. A concentração da solução de azul de
metileno utilizada foi de 1,2 x 10-3 g.L-1 em pH 7,0, conforme condições estabelecidas
nos estudos das isotermas de adsorção.
As colunas foram empacotadas utilizando-se para suporte um material de manta acrílica
(inerte no efeito de adsorção). Foi utilizada uma bomba peristáltica da marca Maxlabor,
modelo DMC 100, para bombeamento da solução em fluxo ascendente, com um fluxo
37
(Q) de aproximadamente 5 mL.min-1. Antes do experimento, os leitos foram lavados
bombeando-se 100 mL de água destilada através dos mesmos.
FIGURA 4 – Esquema de funcionamento da coluna de leito fixo.
Na saída de cada coluna as amostras foram coletadas periodicamente em intervalos de
tempo definidos, a concentração do azul de metileno foi, então, determinada por
espectrofotometria em UV-Vis a 660 nm.
38
5. Resultados
5.1. Caracterização dos adsorventes
5.1.1. Análise granulométrica
Ambos os carvões testados possuem granulometria variada, o que é comprovado pelo
peneiramento. A partir da massa retida em cada peneira, foi calculada a porcentagem de
carvão retido em cada faixa de granulometria, o que permite estimar o tamanho das
partículas de acordo com a escala de Tyler. No carvão Proquímios®, pode se encontrar
grãos com granulometria inferior a 0,074 mm (200 mesh), os quais representam 69,9%
da amostra. Aproximadamente, 28% da amostra tem entre 0,074 mm e 0,147 mm de
diâmetro (200 a 100 mesh) conforme GRAF. 1 e TAB. 2 (ANEXO). Já no carvão
Impex®, observam-se grânulos maiores em relação ao Proquímios®, com apenas 0,8%
de grãos com granulometria inferior a 200 mesh. Aproximadamente, 78% da amostra
apresenta granulometria entre 0,074 mm e 0,147 mm de diâmetro (200 a 100 mesh) e
16,6%, granulometria entre 0,295 mm e 0,589 mm (48 a 28 mesh), conforme GRAF. 2 e
TAB. 3 (ANEXO).
Ambos os carvões apresentaram perdas durante a realização do experimento. O carvão
Proquímios® teve perda de 1,8% da massa inicial e; o Impex®, 4,5%.
39
GRÁFICO 1 – Porcentagem de carvão Proquímios® retido em cada malha.
GRÁFICO 2 – Porcentagem de carvão Impex® retido em cada malha.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
perda
< 200
200
100
48
35
Massa retida (%)
Gra
nulo
met
ria (
mes
h)
0 20 40 60 80 100
perda
< 200
200
100
48
35
Massa retida (%)
Gra
nulo
met
ria (
mes
h)
40
Ambos os carvões apresentam baixa granulometria, o que favorece a adsorção do azul
de metileno, quando comparado a outros adsorventes de maior granulometria.
Resultados semelhantes foram obtidos por NUNES (2009) e NIEDERSBERG (2012),
que relatam que, como o adsorvato concentra-se na superfície do adsorvente, o
favorecimento de aumento da área superficial resulta, normalmente, em uma maior
eficiência da adsorção. Por isso, geralmente os adsorventes são sólidos com partículas
porosas.
5.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
As micrografias eletrônicas de varredura do carvão ativado Proquímios® são mostradas
na FIG. 5.
41
(A)
(B)
(C) FIGURA 5 – Micrografias por MEV do carvão Proquímios®. (A, B) Carvão ativado comercial Proquímios® antes da adsorção do AM em aumento 600 X e 3000 X, respectivamente; (C) Carvão ativado comercial Proquímios® após adsorção do AM em aumento de 600 X.
42
As micrografias eletrônicas de varredura do carvão ativado Impex® são mostradas na
FIG. 6.
(A)
(B)
(C) FIGURA 6 – Micrografias por MEV do carvão Impex®. (A, B) Carvão ativado comercial Impex® antes da adsorção do AM em aumento 600 X e 3000 X, respectivamente; (C) Carvão ativado comercial Impex® após adsorção do AM em aumento de 600 X.
43
A partir das imagens obtidas em microscópio eletrônico de varredura (MEV), foi
possível observar a formação de estrutura porosa para ambos os carvões durante o
processo de ativação. O carvão Proquímios® (FIG. 5 B) apresentou macroporos
homogêneos em dimensão e formato, com distribuição irregular e restrita na superfície
do carvão. Já o carvão Impex® (FIG. 6 B) apresentou macroporos com formatos
diferentes do Proquímios®, poros esses mal distribuídos e estrutura porosa restrita a
poucas regiões da superfície do carvão. Não foi possível observar diferenças nas
micrografias considerando os carvões antes e depois da adsorção do azul de metileno,
ou seja, os poros e a superfície cobertos por adsorvente.
Por se tratar de uma limitação da técnica utilizada, não foi possível observar claramente
a formação de meso (2,0 a 50nm) e microporos (até 2 nm), sendo necessária a aplicação
do B.E.T., uma técnica largamente utilizada para caracterização de porosidade e
superfície específica de materiais microporosos como os carvões ativados.
5.1.3. Difração de Raios X (DRX)
Os GRAF. 3 e 4 mostram os difratogramas dos carvões ativados Proquímios® e Impex®.
GRÁFICO 3 – Difratograma do carvão ativado Proquímios®.
44
GRÁFICO 4 – Difratograma do carvão ativado Impex®.
A Difração de Raios X é uma ferramenta capaz fornecer informações importantes
quanto à estrutura cristalina de um determinado material, baseando-se no agrupamento
dos átomos, distância, posição e ângulos entre si.
A partir da análise dos difratogramas do carvão ativado Proquímios® observou-se a
presença de carbono grafite hexagonal e óxido de silício hexagonal e triclínico. Já no
carvão Impex®, observou-se carbono grafite hexagonal e óxido de silício ortorrômbico e
monoclínico.
O óxido de silício presente em ambos os carvões provém, provavelmente, da matéria-
prima utilizada na produção dos carvões, visto que cerca de 55% da superfície terrestre
é constituída desse óxido, o qual é encontrado em todas as plantas e animais
(MORTIMER, 1971).
5.1.4. Espectroscopia de Infravermelho (IV-TF)
O GRÁF. 5 mostra o espectro de IV-TF do carvão comercial Proquímios®.
45
GRÁFICO 5 – Espectro de IV-TF do carvão Proquímios®.
Neste espectro podem ser observadas as bandas entre 1506 e 1684 cm-1; estas bandas
podem ser identificadas com grupos cetona (carbonila), relativas ao grupo C=O.
Além disso, estas bandas podem corresponder também a grupos de ácidos carboxílicos e
ésteres. A banda relativa a 1104 cm-1 mostra a presença de grupamento éster ou cetona.
(SILVERSTEIN et al., 2010).
No GRÁF. 6 é apresentado o espectro IV-TF do carvão comercial da marca Impex®.
R ead_IR 3 - LSO
10
0
1.5
2
∞
1
900 800 700 60020002500300035004000 2000 1500 10001000 500
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 22wavelength, µ m
Wavenumbers, cm - 1
%T
% T
r a
n
s
m i
t t
a
n c
e
Α↓
A b s o r b a
n c e
433
2
385
2
443
0
412
2
427
6
168
4
110
4
419
2
367
43
73
2
150
6
46
GRÁFICO 6 – Espectro de IV-TF da amostra de carvão comercial da marca Impex®.
Neste espectro pode ser observada uma banda larga correspondente a 3448 cm-1, que é
relativo ao grupo hidroxila (OH livre). Entre 1508 e 1654 cm-1 temos uma série de
bandas que podem ser correspondentes a grupos cetona e/ou grupos de ácidos
carboxílicos e ésteres. A banda 1066 cm-1 é relativa a grupamento éster ou cetona
(SILVERSTEIN et al., 2010).
É importante notar, nesta etapa do trabalho, que o carvão Impex® (GRÁF. 8) possui
uma grande diferença com relação ao carvão Proquímios®, especialmente quando se
analisa a região correspondente a vibração da hidroxila livre (3500 cm-1). Também é
interessante frisar que ambos os carvões apresentam uma banda em torno de 1100 cm-1,
que é correspondente a grupo éster ou cetona.
5.1.5. Análise do pH do carvão em solução
O ensaio realizado para determinar o pH do carvão em solução se fez necessário para
determinar o comportamento do adsorvente em meio aquoso, ou seja, o caráter iônico
dos grupamentos presentes na superfície do material, além de determinar, após lavagem,
se esses grupamentos são fixos ou facilmente removidos pela solução.
R ead_IR 3 - LSO
20
10
0,7
0,8
0,9
1900 800 700 60020002500300035004000 2000 1500 10001000 500
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 22wavelength, µ m
Wavenumbers, cm - 1
%T
% T
r a
n
s
m i
t t
a
n c
e
Α↓
A b s o r b a
n c e
165
4
344
8
108
6
156
0
385
4
356
6
444
84
32
0
150
8
363
0
421
0
47
A TAB. 4 apresenta o pH das soluções, às quais as amostras de carvão foram
submetidas, em função do tempo e processo de lavagem.
TABELA 4 pH das amostras de carvão em solução em função do tempo e lavagens
Tempo (min)
Carvão 0 5 10 30
Sem lavagem
P1 10,45 10,37 10,16 10,26
P2 10,41 10,29 10,36 10,39
I1 10,28 10,18 10,20 10,00
I2 10,14 10,15 10,18 10,08
1ª Lavagem
P1 10,14 10,07 10,19 10,01
P2 10,08 10,14 10,17 10,05
I1 10,13 10,09 10,12 10,08
I2 10,06 10,17 10,14 10,09
2ª Lavagem
P1 9,98 9,84 9,54 9,6
P2 9,74 9,58 9,65 9,86
I1 10,04 9,95 10,05 10,00
I2 10,06 10 9,98 10,03
3ª Lavagem
P1 9,18 9,37 9,22 9,34
P2 9,28 9,39 9,16 9,11
I1 9,54 9,42 9,55 9,52
I2 9,59 9,57 9,59 9,65 As amostras do carvão Proquímios® foram representadas por P1 e P2; e, as amostras do carvão Impex®, I1 e I2.
Observou-se, que os carvões analisados, quando em solução mantêm o pH praticamente
constante, em torno de 10, mesmo após 3 lavagens, ou seja, os carvões apresentam
carregamento negativo e os grupamentos funcionais fixos à superfície (NUNES, 2009).
5.1.6. Ponto de Carga Zero (PCZ)
O resultado obtido para o PCZ foi calculado fazendo-se uma média aritmética dos
pontos que se apresentaram constantes para o pH final.
No GRAF. 7 observa-se o comportamento do carvão Proquímios® em solução.
48
GRÁFICO 7 – Determinação do PCZ do carvão ativado Proquímios®
No GRAF. 8 tem-se os valores de pH do carvão Impex® em solução.
GRÁFICO 8 – Determinação do PCZ do carvão ativado Impex®
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14
pH fi
nal
pH inicial
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14
pH fi
nal
pH inicial
49
O valor do PCZ encontrado para o carvão ativado Proquímios® foi de 9,22, e; para o
carvão Impex®, 9,54. O PCZ é o valor no qual o carvão atua como uma solução tampão
(GUILARDUCI et al., 2006).
Quando o carvão eleva o pH da solução acima do valor do PCZ, podendo inferir que o
carregamento da superfície desse adsorvente é negativo (apud NUNES, 2008).
Resultados semelhantes foram obtidos por NOGUEIRA (2010), que avaliou o uso do
carvão ativado produzido a partir da casca da Moringa oleifera, como adsorvente na
remoção de metais pesados presentes na água. Nos referidos estudos, o valor do PCZ
dos carvões estudados encontram-se próximo de 9,50. E, a predominância de cargas
negativas na superfície do carvão é um parâmetro favorável na adsorção de substâncias
catiônicas quando o adsorvente se encontrar em pH acima do PCZ (NOGUEIRA,
2010).
5.2. Curva de calibração para o azul de metileno
Após varredura de absorbância em todo o espectro visível, em intervalos de
comprimento de onda de 10 nm, obteve-se o comprimento de onda máximo para
absorção do azul de metileno de 660 nm, valor esse utilizado para realização das
análises.
Os valores de absorbância encontrados foram representados em um gráfico padrão da
concentração de azul de metileno em solução versus absorbância, conforme GRAF. 9.
50
GRÁFICO 9 – Curva de calibração padrão para o azul de metileno a 660 nm.
5.3. Estudos de adsorção em regime batelada
5.3.1. Tempo de equilíbrio da adsorção em solução de azul de metileno
O GRAF. 10 mostra a taxa de remoção de azul de metileno da solução em função do
tempo de contato com cada carvão e a interferência causada pela retenção de azul de
metileno no filtro.
y = 0,5331x + 0,0399R² = 0,9997
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Abs
orbâ
ncia
Concentração do AM (x10-5 mol.L -1)
y: Absorbância
x: Conc. do AM
51
GRÁFICO 10 – Determinação do tempo para atingir-se o equilíbrio de adsorção de azul de metileno para os diferentes carvões.
Analisando o GRAF. 10, observa-se que parte do corante foi retida pelo filtro a cada
filtragem. Mas, através da análise do gráfico, é possível perceber que, após 10 minutos
de contato com os carvões a interferência causada pelo filtro não é mais significativa, e
mais de 98% do corante é adsorvido pelo carvão, permitindo estabelecer o tempo de
equilíbrio de adsorção do azul de metileno nos adsorventes em estudo. Para efeito dos
demais estudos, o tempo de equilíbrio foi fixado em 60 minutos, tempo hábil para
garantir equilíbrio da adsorção.
Resultados semelhantes foram observados por NIEDERSBERG (2012), que avaliou a
capacidade de adsorção do corante azul de metileno, por carvão ativado produzido a
partir da casca do tungue (Aleurites fordii), resíduo do processo de produção de óleo.
Nos referidos ensaios, em 10 minutos de contato a adsorção já atinge seu equilíbrio,
sendo considerado um tempo suficiente para a obtenção de resultados comparativos,
além de não haver aumento expressivo na remoção após esse período.
O alto índice de adsorção do corante azul de metileno logo nos primeiros instantes do
ensaio, já havia sido registrado por DENG (2011) e NIEDERSBERG (2012), que
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60
Con
cent
raçã
o A
M (
x10-5
mol
.L-1
)
Tempo (min)
Filtro
Carvão Proquímios
Carvão Impex
52
explicam esse fato pela presença de grupos funcionais ácidos na superfície do material
adsorvente. Esses grupamentos possuem certa afinidade com as moléculas do corante,
que, provavelmente, fazem com que a adsorção ocorra primeiramente na superfície e,
depois, mais lentamente, nos poros presentes no material adsorvente.
5.3.2. Influência do pH na adsorção de azul de metileno
Observou-se que a adsorção do azul de metileno pelos carvões Proquímios® e Impex®,
melhora com o aumento do pH da solução, tendo em pH igual a 12,0, 99% de adsorção
pelo carvão Proquímios® e; 98,6%, pelo carvão Impex®, como mostram os GRAF. 11 e
12.
GRÁFICO 11 – Concentração de AM adsorvida pelo carvão Proquímios® em função da alteração do pH da solução. [AM]o = 1,0.10-4 mol.L-1
96
97
98
99
100
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Con
c. A
M A
bsor
vida
(%
)
pH
53
GRÁFICO 12 – Concentração de AM adsorvida pelo carvão Impex® em função da alteração do pH da solução. [AM]o = 1,0.10-4 mol.L-1
Apesar do leve favorecimento em pH mais elevados, com remoção de cerca de 99% de
azul de metileno em pH igual a 12, os resultados demonstraram que a adsorção do
corante nos dois adsorventes, ocorre de maneira bastante eficiente, independente da
faixa de pH em que se encontra a solução. Seja em pH ácido ou alcalino os resultados
são bem favoráveis, ou seja, acima de 95% do azul de metileno é adsorvido em ambos
os carvões após o tempo de equilíbrio.
5.3.3. Influência da massa de adsorvente na adsorção
O GRAF. 13 demonstra que o acréscimo da massa de adsorvente contribui para o
aumento da adsorção de azul de metileno nos dois carvões em questão.
95
96
97
98
99
100
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Con
c. A
M A
bsor
vida
(%
)
pH
54
GRÁFICO 13 – Eficiência da remoção de azul de metileno em função da concentração dos materiais adsorventes
Pode-se estabelecer, após análise desse gráfico, um limite de 0,1 g de carvão para
adsorção de 100 mL de solução de azul de metileno a 1.10-4 mol.L-1. Após esse limite
não há diferença significativa nos resultados com o aumento da massa de material
adsorvente numa mesma solução de azul de metileno. O mesmo fato foi relatado por
NIEDERSBERG (2012), que relata que, após uma determinada massa de carvão, é
obtido o equilíbrio entre as fases líquida e sólida do composto, ou seja, não haverá mais
remoção do composto mesmo que seja aumentada a dosagem de carvão.
Conforme relatado em NIEDERSBERG (2012), para uma mesma concentração inicial
de soluto, o aumento na quantidade de material adsorvente, leva a uma maior área
superficial disponível para adsorção, e, consequentemente, maior velocidade de
adsorção. Entretanto, a capacidade de adsorção diminui, ou seja, a quantidade de
adsorbato removida por uma determinada quantidade de adsorvente diminui.
85
88
91
94
97
100
0 0,05 0,1 0,15 0,2
% d
e ad
sorç
ão d
e A
M
Massa de adsorvente (g)
Série1
Série2
Proquímios
Impex
55
5.4. Estudo de isotermas de adsorção
Os estudos de isotermas de adsorção foram realizados para os dois carvões comerciais
para a adsorção de azul de metileno. Embora o pH ideal para a adsorção seja básico
(conforme discutido no item 5.3.2) decidiu-se por tratar a solução de azul de metileno
em seu pH de obtenção (em torno de 7,0). Uma vez que o objetivo final da utilização do
carvão ativado é a sua aplicação em filtros para utilização em efluentes provenientes de
tingimento, seria dificultoso em termos operacionais (seja na indústria ou em um
tingimento de roupas caseiro) ajustar o pH de um efluente com corante para depois
passá-lo pelo processo de filtragem. Além do fato de pH ideal para o descarte do
efluente após tratamento ser próximo ao neutro.
Dois modelos de isotermas (Langmuir e Freundlich) foram testados, utilizando-se os
resultados dos experimentos. O tempo de adsorção foi de 60 minutos sob agitação a
160 rpm.
5.4.1. Isotermas de adsorção para o carvão ativado Proquímios®
Pode-se obter um panorama do comportamento do processo de adsorção do azul de
metileno no carvão Proquímios® através da isoterma de adsorção apresentada no
GRAF. 14.
56
GRÁFICO 14 – Isoterma de adsorção do azul de metileno para o carvão Proquímios®.
No gráfico, X refere-se à diferença entre as massas de absorbato antes e depois da
adsorção, m é a massa em gramas de carvão ativado e Cf é a concentração final (g.L-1).
De acordo com SCHWANKE (2003), este tipo de isoterma é muito comum em sólidos
microporosos onde o diâmetro dos poros é pouco maior que a molécula de adsorbato.
Nestes adsorventes existe limite de saturação devido ao total preenchimento do poro por
uma única molécula de adsorbato. Isso faz sentido, uma vez que a molécula de azul de
metileno é um composto orgânico grande, quando comparado, por exemplo, a íons
metálicos em solução.
Ao se aplicar os modelos de Langmuir e Freundlich, observou-se que o modelo que
melhor se ajustou foi o de Langmuir. A TAB. 5 mostra os dados resultantes da
linearização relativa aos dois modelos aplicados para os dados de adsorção de azul de
metileno nos ensaios de adsorção usando o carvão Proquímios®.
0,00006 0,00008 0,00010 0,00012 0,00014 0,00016
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035X
/m (g
g-1)
Cf (g L-1)
57
TABELA 5 Dados obtidos a partir da linearização dos modelos de Freundlich e Langmuir para
adsorção do azul de metileno no carvão Proquímios®
Freundlich Langmuir
K (L.g-1) 3,33 Qmax (g.g-1) 0,49
n 0,76 Kl (L.g-1) 2,78
R2 0,9874 R2 0,9977
Na tabela acima, K é o coeficiente de equilíbrio (L.g-1), o qual está relacionado com a
área total de poros na superfície que propiciam a adsorção, n é o coeficiente que
relaciona a intensidade de adsorção, R2 é o coeficiente de determinação, Qmax é
quantidade máxima de adsorbato que o adsorvente é capaz de adsorver (g.g-1) e Kl é a
constante relacionada à afinidade entre o adsorbato e o adsorvente (L.g-1).
O carvão Proquímios®, conforme discutido anteriormente, apresentou resultados que
indicam comportamento segundo a isoterma de Langmuir para adsorção de azul de
metileno. O valor de R2 da equação linearizada de Langmuir foi de 0,9977, enquanto
que para Freundlich o valor de R2 foi de 0,9874.
O valor de Qmax foi de 0,49 g.g-1, enquanto que o valor de Kl foi de 2,78 L.g-1. Segundo
GUILARDUCI et al. (2006), valores baixos de Kl, como o que foi encontrado, indicam
uma fraca interação entre adsorvente e adsorbato. O valor calculado para RL é igual a
1,0 e isso significa que um processo de adsorção linear está ocorrendo (MEZZARI,
2002). O valor de ∆G para o processo resultou igual a -25,33 KJ.mol-1 indicando que o
processo é espontâneo nas condições realizadas.
O GRAF. 15 mostra a isoterma de Langmuir linearizada para os dados referentes ao
azul de metileno.
58
GRÁFICO 15 – Modelo de Langmuir aplicado à adsorção de azul de metileno usando o carvão Proquímios®.
No gráfico acima, Qe é a quantidade adsorvida na fase sólida (g.g-1adsorvente) e Ce é a
concentração de equilíbrio na fase líquida (g.L-1).
Estes resultados são concordantes com outros autores, como GECGEL et al. (2013) que
também obtiveram a isoterma de Langmuir como o modelo predominante para o
processo de adsorção do azul de metileno em carvão ativado.
5.4.2. Isotermas de adsorção para o carvão ativado Impex®
As isotermas de adsorção para a molécula de azul de metileno no carvão Impex® foram
obtidas sob as mesmas condições dos dados para o carvão Proquímios®. O
comportamento do processo de adsorção do azul de metileno no carvão Impex® pode
ser avaliado no GRAF. 16.
6000 8000 10000 12000 14000 16000
30
40
50
60
70
80
90
1001/Q
e
1/Ce
59
GRÁFICO 16 – Isoterma de adsorção do azul de metileno para o carvão comercial Impex®.
Segundo SCHWANKE (2003), isotermas com este formato são de adsorventes que
possuem tamanhos de poros muito variados e podem passar de uma adsorção em
monocamada para uma adsorção em multicamadas.
A TAB. 6 apresenta todos os resultados obtidos a partir da linearização proveniente dos
dois modelos de isotermas aplicados.
TABELA 6 Dados obtidos a partir da linearização dos modelos de Freundlich e Langmuir para
adsorção do azul de metileno no carvão Impex®
Freundlich Langmuir
K (L.g-1) 0,83 Qmax (g.g-1) 0,62
n 2,70 Kl (L.g-1) 7,14
R2 0,9789 R2 0,9976
0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,00070,025
0,030
0,035
0,040
0,045
0,050
0,055
0,060
X/m
(g g
-1)
Cf (g L-1)
60
A partir da tabela anterior observou-se que o modelo que melhor se adapta a adsorção
do azul de metileno foi o de Langmuir. O valor de Qmax para o carvão Impex® foi de
0,62 g.g-1 (para o carvão Proquímios® foi de 0,49 g.g-1), enquanto que o valor de Kl foi
de 7,14 L.g-1 (para o carvão Proquímios® foi de 2,78 L.g-1). Pode-se então inferir que a
adsorção do azul de metileno no carvão Impex® foi ligeiramente superior ao do carvão
Proquímios®.
O valor de RL é igual a 1,0, de forma similar ao obtido pelo carvão Proquímios®. O
valor de ∆G para o processo resultou igual a -48,70 KJ.mol-1 indicando que o processo é
espontâneo nas condições realizadas.
O GRAF. 17 apresenta a isoterma de Langmuir para adsorção do azul de metileno.
GRÁFICO 17 – Modelo de Langmuir aplicado para a adsorção do azul de metileno para o carvão Impex®.
5.5. Estudo de adsorção em coluna de leito fixo
Após a realização dos estudos em regime de batelada utilizando os carvões Proquímios®
e Impex® foram realizados estudos de adsorção em colunas de leito fixo.
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 800016
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
1/Q
e
1/Ce
61
Para que a coluna apresente um correto funcionamento o carvão deve estar numa maior
faixa granulométrica para que não haja perda de carga ou obstrução da passagem da
solução ao longo do leito (NOGUEIRA, 2010).
O carvão Proquímios® levou à obstrução da coluna de leito fixo após certo tempo de
operação, isso se deve provavelmente a sua baixa granulometria, como se pode observar
no item 5.1.1. Por essa razão, a coluna foi descartada, não sendo possível estabelecer a
curva de trespasse para esse adsorvente. Esse fato já relatado anteriormente em estudos
feitos por NOGUEIRA (2010).
Já o carvão Impex®, apresentou resultados satisfatórios, como pode ser observado na
TAB. 7 (ANEXO).
O GRAF. 18 apresenta os resultados mostrando a curva de trespasse em cada volume de
eluição para a adsorção de azul de metileno sobre o carvão Impex®.
GRÁFICO 18 – Curva de trespasse para a coluna de leito fixo usando o carvão Impex® para a remoção de azul de metileno do efluente.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1000 1100 1200 1300 1400
Con
c. d
o A
M n
a sa
ída
do e
fluen
te
(x10
-3g.
L-1
)
Volume eluído (mL)
VT = 1160
VE = 1298
62
Quando a concentração da solução eluente na saída da coluna atinge 5% do valor da
concentração da solução inicial (entrada da coluna), tem-se o chamado ponto de
trespasse (PT). Este valor neste caso é de 7,3. 10-5 g.L-1, e no experimento corresponde
ao volume de eluição de 1160 mL. Este volume é denominado volume de trespasse
(VT). Quando o valor da concentração da solução eluente atinge 95% do valor da
concentração na entrada da coluna tem-se o chamado ponto de exaustão (P), que neste
caso corresponde a 1,17. 10-3 g.L-1. O volume em que a coluna entra em exaustão (VE)
foi de 1298 mL.
Na TAB. 8 foram registrados os dados obtidos a partir da curva de trespasse da coluna
de leito fixo para adsorção do corante azul de metileno em carvão ativado comercial
Impex®.
TABELA 8 Dados da curva de trespasse da coluna de leito fixo usando carvão Impex® na adsorção
de corante azul de metileno
Dados da Curva Trespasse
V eluido 1400 mL
m total 1,68 mg
Q total 235,2 mg
Q eq 470,4 mg.g-1
Para a coluna referente ao carvão Impex® observa-se que o valor de 470,4 mg.g-1 para o
Qeq é menor do que 620 mg.g-1 que é o Qmax obtido nos ensaios de adsorção em regime
de batelada.
5.6. Projeto para coluna de leito fixo em escala industrial
O projeto para a coluna de leito fixo em escala industrial envolveu o uso dos dados
obtidos através da coluna de adsorção de azul de metileno com o carvão Impex®,
aplicando-os ao modelo de Thomas. O GRAF. 19 apresenta a reta referente aos dados
experimentais aplicados ao modelo de Thomas, na sua forma linearizada.
63
GRÁFICO 19 – Curva ln[(Co /C)-1] versus Volume eluído para aplicação do modelo de Thomas.
Utilizando os valores de Q e Co (5 mL.min-1 e 1,2 mg.L-1) nas expressões dos
coeficientes angular e linear do modelo, e tendo em vista os seus valores obtidos através
da reta, obtêm-se Qmax e KTH.
Coeficiente angular
(KTH Co)
Q Equação 13
Coeficiente linear
(KTH Qmax M)
Q Equação 14
A partir do cálculo dos coeficientes, têm-se KTH igual a 0,1520 mL.min-1.mg-1 e Qmax
igual a 2925 mg.g-1.
y = -0,0365x + 44,46R² = 0,9519
-8,00
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450
ln [(
Co
/C)
-1]
Veluído (mL)
64
TABELA 9 Modelo de Thomas aplicado a coluna de leito fixo
Modelo de Thomas
Adsorvente Qmax KTH R2
Impex® 2925 0,15 0,9519
Para a construção de filtros de uso industrial, laboratorial ou doméstico, com a
finalidade de tratamento de efluentes, os resultados da equação de Thomas são
fundamentais, pois permitem calcular a massa de adsorvente necessária no tratamento, a
partir dos valores de KTH e Qmax obtidos no projeto da coluna.
65
6. Produção de filtro artesanal de carvão ativado para aplicação em
tinturarias caseiras
Materiais para filtros com a finalidade de tratamento de água são idealmente usados em
pequenas quantidades. Entretanto, é necessário que exista uma alta afinidade entre o
material adsorvente e o material a ser filtrado, para uma alta eficiência no tratamento de
água. Esta eficiência, como se sabe, não está automaticamente disponível em materiais
naturais e de baixo custo.
Dessa forma, é interessante notar que filtros muito eficientes podem ser construídos
para que se faça o melhor uso possível de materiais naturais com um mínimo de
processamento do material filtrante (SMITH et al., 2001), e dentre estes materiais
naturais estão p.e. antracita, pedra pume, areia, entre outros, que podem ser usados
sozinhos ou então misturados com outros materiais de baixo custo para otimizar a sua
capacidade filtrante. Dentre esses materiais de baixo custo pode-se citar também o
carvão ativado, que desde tempos remotos tem sido usado com bons resultados para
filtrar águas.
Algumas das propriedades chave que determinam a permeabilidade, estabilidade e a
longevidade (sustentabilidade) dos filtros granulares incluem a porosidade, tamanho e
formato das partículas (HAARHOFF and VESSAL, 2010; KUBARE and HAARHOFF,
2010; MIYAJIMA, 2012; BTATKEU et al., 2013; CARÉ et al., 2013). Duas
propriedades chave interrelacionadas requeridas para um filtro sustentável são (a) alta
permeabilidade combinada com resistência e (b) baixa susceptibilidade a ataque
químico. Como se sabe, o carvão ativado possui ambas as características, se tornando
assim um material naturalmente promissor para o uso como meio filtrante.
No entanto, é muito comum (quando se pensa em tratamento de águas residuárias)
imaginar um processo industrial aonde um grande volume de efluentes deve ser
adequadamente tratado em sistemas complexos, caros e com metodologia de operação e
processos unitários muito específicos. Muito raramente são considerados os processos
artesanais (de baixo custo e facilidade operacional) que poderiam auxiliar na prevenção
dos problemas de poluição de águas gerados cotidianamente. De fato, constata-se cada
66
vez mais a necessidade de se dar a devida importância aos efluentes líquidos que são
descartados em pequenas fábricas (ou mesmo residências) que produzem águas
contaminadas devido a processos artesanais simples, como por exemplo, o tingimento
de roupas a partir de corantes têxteis adquiridos facilmente para esta finalidade. Em
nossa região (Ouro Branco, MG) foi possível encontrar uma grande quantidade de
pessoas envolvidas com o processo de tingimento de roupas “caseiro”, aonde o descarte
da água residuária (contendo corantes têxteis) é realizado sem nenhum tipo de controle
ou tratamento.
Normalmente, trata-se de um processo realizado por pessoas sem conhecimento da
importância de se tratar esse tipo de efluente e, vale ressaltar, são pessoas sem
condições econômicas de adquirir um filtro comercial. Um dos objetivos deste trabalho
foi, então, produzir um filtro que pudesse ser fabricado a partir de materiais simples,
com baixo custo e facilidade de manuseio.
Os corantes usuais obtidos no comércio (supermercados) para tingimento de roupas são
mostrados na FIG. 7:
FIGURA 7 – Exemplo de corantes utilizados para tingimento de roupas encontrados na região de Ouro Branco, MG.
Esses corantes possuem estrutura similar ao azul de metileno e, dessa forma, admitiu-se
que um filtro produzido com carvão ativado poderia ter resultados semelhantes para
estes corantes em termos de adsorção. Neste estudo, apenas o carvão comercial da
67
marca Impex® foi utilizado, uma vez que o carvão comercial da marca Proquímios® não
apresentou resultados satisfatórios quando foram realizados os estudos do item 5.5.
Os filtros foram preparados conforme a FIG. 8, aonde temos aproximadamente 1000 g
de carvão ativado entre duas camadas de lã de vidro. Para baratear o filtro artesanal,
essa montagem foi feita em galões de água mineral descartados e, dessa forma,
adquirido sem custos.
(a) (b)
FIGURA 8 – (a) esquema da montagem do filtro artesanal e (b) montagem final do filtro.
Conforme os resultados obtido no item 5.5, a capacidade de adsorção do carvão
comercial da marca Impex® é de 470,4 mg.g-1. No entanto, os corantes comerciais
utilizados para tingimento não especificam a concentração em suas embalagens
(tampouco no site do fabricante), inviabilizando assim uma previsão da quantidade de
corante que 1000 g de carvão ativado seriam capazes de adsorver.
68
Dessa forma, o acompanhamento do processo de adsorção em função do tempo é a
única maneira de se verificar o processo de adsorção dos corantes comerciais em carvão
ativado, para a realização de uma estimativa de quão eficientes esses filtros artesanais
podem ser em função do uso para tratamento de águas de descarte em processos de
tingimento caseiro.
Ao acompanhar tais processos, contatou-se que o filtro conseguiu adsorver o
equivalente a 4 processos de descarte de água com corantes, totalizando um volume de
cerca de 60 L, uma vez que em cada processo de tingimento existe um volume de cerca
de 15 L. Na FIG. 9, é mostrada uma aplicação direta do filtro artesanal para tratamento
de efluente com corantes têxteis.
FIGURA 9 – Tratamento de efluente após uso de água com corantes para tingimento de tecidos.
69
Anteriormente á nossa visita, o descarte destes efluentes era realizado diretamente e sem
tratamento algum. Após adquirir os filtros artesanais propostos, os efluentes passaram
então a serem tratados nos filtros, promovendo assim a retirada dos corantes através do
processo de adsorção em carvão ativado.
Além da doação dos filtros na região de Ouro Branco, para tratamento de efluentes
provenientes de tingimento caseiro, explicou-se sobre o funcionamento do mesmo,
acentuando-se as características de que, trata-se de um material poroso (de origem
vegetal) que tem a capacidade de descolorir, purificar, desodorizar e filtrar os efluentes
produzidos. Cada filtro possui um custo de aproximadamente R$ 22,00 e, dessa forma,
o custo é barato e o processo acessível para o fim a que se destina.
70
7. Conclusões e Sugestões
Ambos os carvões testados possuem granulometria variada, o que é comprovado pelo
peneiramento. No carvão Proquímios®, cerca de 70% dos grãos apresentam-se em
granulometria inferior a 0,074 mm (200 mesh), Já no carvão Impex®, observam-se
grânulos maiores em relação ao Proquímios®, em que cerca de 60% da amostra
apresentou granulometria em torno de 0,147 mm de diâmetro (100 mesh).
Nas analises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), ambos os carvões
apresentaram a formação de estrutura porosa. O carvão Proquímios® apresentou
macroporos homogêneos em dimensão e formato, com distribuição irregular e restrita
na superfície do carvão. Já o carvão Impex® apresentou macroporos com formatos
diferentes do Proquímios®, poros esses mal distribuídos e estrutura porosa restrita a
poucas regiões da superfície do carvão. Entretanto, para elucidar quanto à presença de
microporos e a real área superficial dos carvões, seria necessária a aplicação da técnica
de B.E.T.
Nas análises por Difração de raios X, em ambos os adsorventes estudados, encontra-se,
principalmente, carbono grafite e óxido de silício.
Nos estudos de Espectroscopia de Infravermelho (IV-TF) foram identificados no carvão
Proquímios®, bandas correspondentes a grupos cetona, ácidos carboxílicos e ésteres. Já
no carvão Impex®, além dos grupamentos encontrados no carvão Proquímios®,
observou-se uma banda larga, relativa ao grupo hidroxila (OH livre). Grupamento esse
capaz de conferir grande eficiência no processo de adsorção.
O carvão ativado comercial Proquímios® possui PCZ em torno de 9,20 e, o carvão
ativado da marca Impex®, em torno de 9,50. Como em solução os adsorventes
apresentam pH em torno de 10, pode-se concluir que as superfícies desses carvões são
carregados negativamente, uma vez que em solução apresentam pH acima do PCZ,
situação benéfica à adsorção de cátions. Mas, apesar do aumento do pH da solução
durante o processo favorecer a adsorção do azul de metileno, uma molécula catiônica,
observou-se que independente desse pH, a adsorção ocorre de maneira bastante
eficiente, mesmo em pH abaixo do PCZ.
71
Os carvões apresentaram boa capacidade de adsorção do azul de metileno, atingindo
rapidamente o equilíbrio (em torno de 10 minutos), o que denota uma cinética favorável
para o processo.
O modelo de Langmuir é o que melhor representa o mecanismo de adsorção do azul de
metileno nos carvões estudados, com melhor eficiência de adsorção, encontrada para o
carvão Impex®, com Qmax de 620 mg.g-1, enquanto o carvão Proquímios® apresentou
Qmax de 490 mg.g-1.
Nos estudos de coluna de leito fixo, o carvão Proquímios® não permitiu um correto
funcionamento da coluna, devido à sua baixa granulometria, que levou à obstrução da
mesma após certo tempo de manipulação. Por essa razão, a coluna foi descartada, não
sendo possível estabelecer a curva de trespasse para esse adsorvente.
Já o carvão Impex®, apresentou resultados satisfatórios obtendo dados importantes para
construção de colunas e filtros para tratamento de efluentes, como a capacidade de
adsorção de 470,4 mg.g-1.
Entretanto, como os corantes comerciais utilizados para tingimento caseiro não
especificam a concentração em suas embalagens (tampouco no site do fabricante), não
foi possível prever matematicamente a quantidade de corante que 1000 g de carvão
ativado seriam capazes de adsorver. Assim sendo, o acompanhamento do processo de
adsorção foi realizado em função do tempo, permitindo estabelecer a capacidade de
tratamento em cerva de 60 L/Kg de carvão.
Vale ressaltar que além da doação dos filtros à comunidade, foi feito trabalho de
orientação, com base em conceitos de sustentabilidade ambiental, quanto ao
funcionamento dos filtros, assim como a importância de se tratar os efluentes,
demonstrando a capacidade do material poroso (de origem vegetal) de descolorir,
purificar, desodorizar e filtrar os efluentes produzidos.
72
Sugestões:
• Aplicação da técnica de B.E.T. nos carvões estudados;
• Estudar métodos para recuperar o carvão saturado;
• Desenvolver carvões ativados a partir do reaproveitamento de materiais
descartados;
• Buscar por tratamentos de baixo custo, a fim de atender a demandas de
tratamento de efluentes para pequenos comércios e indústrias.
73
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181. Solo – Análise
Granulométrica. Método de Ensaio. Rio de Janeiro, 1984. 13p.
ATTIA, A, A. GIRGIS, B, S. FATHY, N, A. Removal of methylene blue by carbons
derived from peach stones by H3PO4 activation: Batch and column studies. Dyes and
Pigments, v. 76, n.1, p. 282 – 289, 2008.
BANSAL, R.C.; DONNET, J.B.; STOECKLI, F. Active Carbon. Marcol Dekker, Inc,
New York and Basel, 1988.
BATISTA, Tatiana. Estudo das interações entre o corante catiônico azul de metileno e
partículas de argila em suspensão aquosa. Processos de migração entre partículas.
2006. 114 páginas. Dissertação (Mestrado em Ciências). Instituto de Química de São
Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.
BRESAOLA JUNIOR, R. Tratamento de efluentes líquidos de uma indústria textil e
seu reuso. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental.
2000.
BRUNO, Marisa. Utilização de zeólitas sintetizadas a partir de cinzas de carvão na
remoção de corante em água. 2008. 102 páginas. Dissertação (Mestrado em Ciências).
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, Universidade de São Paulo, São Paulo,
2008.
BTATKEU, K. B. D.; MIYAJIMA, K.; NOUBACTEP, C.; CARÉ, S. 2013. Testing the
suitability of metallic iron for environmental remediation: discoloration of methylene
blue in column studies. Chemical Engineering Journal. p. 215 e 216, 959 e 968.
74
CARÉ, S.; CRANE, R.; CALABRÒ, P. S.; GHAUCH, A.; TEMGOUA, E.;
NOUBACTEP, C. Modelling the permeability loss of metallic iron water filtration
systems. Clean e Soil Air Water 41, p. 275 e 282. 2013.
CIOLA, R. Fundamentos da catálise. São Paulo: Editora Moderna, 1981.
CLAUSEN, D. N.; TAKASHIMA, K. Efeitos dos parâmetros operacionais na
fotodegradação do azo corante direct red 23 na interface dióxido de titânio/água.
Química Nova, vol. 30, nº 8, São Paulo, 2007.
DENG, H. Adsorption of methylene blue on adsorbent materials produced from cotton
stalk. Chemical Engineering Journal. v. 172. p. 326-334. 2011.
FURLAN, Franciele Regina. Avaliação da eficiência do processo de coagulação-
floculação e adsorção no tratamento de efluentes têxteis. 2008. 151 páginas.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Centro Tecnológico, Universidade
Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.
GECGEL, U.; OZCAN, G.; GURPINAR, G. C. Removal of Methylene Blue from
Aqueous Solution by Activated Carbon Prepared from Pea Shells (Pisum sativum).
Journal of chemistry. Article Number: 614083 DOI: 10.1155/2013/614083, 2013.
GUARATINI, C. C. I.; ZANONI, M. V. Corantes têxteis. Química Nova, v. 23, p. 71-
78, São Paulo, 2000.
GUILARDUCI. V. V. S., MESQUITA. J. P., MARTELLI. P. B., GORGULHO. H. F.
Adsorção de fenol sobre carvão ativado em meio alcalino. Química Nova, Vol. 29, No.
6, 1226-1232, 2006.
GUIMARÃES, Ivanete da Silva. Oxidação de carvões ativados de endocarpo de coco
da Baía com soluções de HNO3 e uma investigação sobre o método Boehm. 2006. 81
75
páginas. Dissertação (Mestrado em Química). Centro de Ciências Exatas e da Natureza,
Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2006.
HAARHOFF, J.; VESSAL, A. A falling-head procedure for the measurement of filter
media sphericity. Water SA: 36, p. 97 e 104, 2010.
HAN, R.; ZHANG, J. ZOU, W. XIAO, H. SHI, J. LIU, H. Biosorption of copper(II)
and lead(II) from aqueous solution by chaff in a fixed-bed column. Journal of
Hazardous Materials, v. 133, n. 1-3, p. 262-268, 2006.
KAWAHIGASHI, Flávia. Aplicabilidade do pós-tratamento de lixiviado de aterro
sanitário por adsorção em carvão ativado granular e avaliação ecotoxicológica. 2012.
155 folhas. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Saneamento).
Centro de Tecnologia e Urbanismo, Universidade Estadual de Londrina, Londrina,
2012.
KUBARE, M.; HAARHOFF, J. Rational design of domestic biosand filters. Journal of
Water Supply: Research and Technology-AQUA: 59 (1). p. 1 e 15, 2010.
KUNZ, A.; PERALTA-ZAMORA, P.; MORAES, S. G.; DURAN, N. Novas tendências
para o tratamento de efluentes têxteis. Química Nova. V. 25, (1), p. 78-82, 2002.
LACERDA, Carlúcio Antônio Mendes. Avaliação da efetividade de remoção de cor de
soluções corantes e efluentes têxteis pelo tratamento fotocatalítico de óxidos de ferro
recobertos com dióxido de titânio. 2010. 99 folhas. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Ambiental) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade
Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2010.
MALKOC, E. NUHOGLU, Y. DUNDAR, M. Adsorption of chromium (VI) on pomace-
An olive oil industry waste: Batch and column studies. Journal of Hazardous Materials,
v.138, n. 1-2, p. 142-151, 2006.
76
MERCK & CO. (1952). The Merck Indexo f Chemical and Drugs. Rahway, Merck e
CO., Inco. 1952.
MEZZARI, Isabella Anna. Utilização de carvões adsorventes para o tratamento de
efluentes contendo pesticidas. 2002. 117 folhas. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Química) – Engenharia Química e Alimentos, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis, 2002.
MIYAJIMA, K. Optimizing the Design of Metallic Iron Filters for Water Treatment. In:
Freiberg Online Geoscience, vol. 32, 60 p. 2012.
MORTIMER, C. Chemistry-A Conceptual Approach (2): New York, D. Van Nostrand
Company 1971.
NETPRADIT, S.; THIRAVETYAN, P.; TOWPRAYOON, S. Application of waste
metal hydroxide sludge for adsorption of azo reactive dyes. Water Research, v. 37, p.
763–772, 2003.
NIEDERSBERG, Carolina. Ensaios de adsorção com carvão ativado produzido a
partir da casca do tungue (Aleurites fordii), resíduo do processo de produção de óleo.
2012. 65 páginas. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Ambiental). Universidade
Santa Cruz do Sul, Santa Cruz do Sul, 2012.
NOBREGA, S, W. RODRIGUES, C, C. ALVES, A, C, M. LIMA, L, K, S. Tratamento
de águas residuárias contaminadas com chumbo por adsorção em carvão ativado. In: 25º
CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL,
ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife/PE, 2009.
NOGUEIRA, Marcopaulo Wanderley. O uso do carvão ativado produzido a partir da
casca da Moringa oleifera, como adsorvente na remoção de metais pesados presentes
na água. 2010. 103 páginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental).
77
Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro
Preto, 2010.
NUNES, A. A. Produção de adsorvente a partir de resíduo sólido da produção de
biodiesel de óleo de café. 2008. 90 paginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Química). Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2008.
NUNES, Diego Luiz. Preparação de carvão ativado a partir de torta prensada de
Raphanus sativus L. e utilização para clarificação de soluções. 2009. 117 páginas.
Dissertação (Mestrado em Ciência de Alimentos). Faculdade de Farmácia, Universidade
Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2009.
PEREIRA, Flaviane Vilela. Remoção de íons zinco (II) de efluentes derivados de
processos de galvanoplastia utilizando rejeitos de fibras vegetais modificadas
quimicamente. 2008. 131 páginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental).
Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro
Preto, 2008.
PERUZZO, Lucile Cecília. Influência de agentes auxiliares na adsorção de corantes de
efluentes da indústria têxtil em colunas de leito fixo. 2003. 93 Páginas. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Química). Centro Tecnológico, Universidade Federal de
Santa Catarina, Florianópolis, 2003.
REGALBUTO, J. R.; ROBLES, J. The engineering of Pt/Carbon Catalyst Preparation.
University of Illinois: Chicago, 2004.
REZENDE, Carlos Cândido de. Síntese e caracterização de compósitos de nióbio e
ferro: testes como catalisadores na decomposição de azul de metileno. 2012. 64
páginas. Dissertação (Mestrado em Agronomia). Universidade Federal de Lavras.
Lavras, 2012.
78
SCHIMMEL, Daiana. Adsorção dos Corantes Reativos azul 5G e azul Turquesa QG em
Carvão Ativado Comercial. 2008. 83 páginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Química). Centro de Engenharias e Ciências Exatas, Universidade Estadual do Oeste do
Paraná. Toledo, 2008.
SCHWANKE, Ronald Olavo. Determinação da difusividade de hidrocarbonetos
aromáticos em zeólitas Y por métodos cromatográficos. 2003. 115 páginas. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Química). Centro Tecnológico, Universidade Federal de
Santa Catarina. Florianópolis, 2003.
SILVERSTEIN, R. M.; BASSLER, G. C.; MORRILL, T. C. Identificação
espectrométrica de compostos orgânicos. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan.
2010.
SMITH, M. R.; COLLIS, L.; FOOKES, P. G.; LAY, J.; SIMS, I.; SMITH, M.R.;
WEST, G. Aggregates for Use in Filter Media. In: Engineering Geology Special
Publications, vol. 17. Geological Society, London, p. 291 e 298, 2001.
TRAMONTIN, D. P., PETERSON, M., PIZZOLO, J. P. Adsorção do Corante Básico
(azul de metileno) por Carvão Ativado preparado a partir de Finos de Carvão. III
CONGRESSO BRASILEIRO DE CARVÃO MINERAL. Gramado RS, 2011.
VASQUES, Andressa Regina. Caracterização e Aplicação de Adsorvente para
Remoção de Corantes de Efluentes Têxteis em Batelada e Colunas de Leito Fixo. 2008.
153 páginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Centro Tecnológico,
Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2008.
VERSIANI, Luís César Freire. Caracterização das propriedades coagulantes e
adsorventes de íons Cd(II) em soluções aquosas apresentadas por biomateriais
derivados da Moringa oleifera. 2008. 109 páginas. Dissertação (Mestrado em
79
Engenharia Ambiental). Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Universidade Federal
de Ouro Preto. Ouro Preto, 2008.
VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3ª
Ed., Belo Horizonte: UFMG, 2005. 452 p.
WENG, C. H.; LIN, Y. T.; TZENG, T. W. Removal of methylene blue from aqueous
solution by adsorption onto pineapple leaf powder. Journal of Hazardous Material. v.
170. p. 417-424. 2009.
80
ANEXOS
TABELA 2 Comparação dos dados do peneiramento para o carvão Proquímios® em granulometria
retirada do reator.
Granulometria do carvão Proquímios®
Malha Peso (g) % retida simples Escala Richards
(mm)
48 mesh 0,03 0,3 0,295
100 mesh 0,54 5,4 0,147
200 mesh 2,26 22,6 0,074
< 200 mesh 6,99 69,9 < 0,074
Perda 0,18 1,8 -
TABELA 3 Comparação dos dados do peneiramento para o carvão Impex® em granulometria
retirada do reator.
Granulometria do carvão Impex®
Malha Peso (g) % retida simples Escala Richards
(mm)
35 mesh 0,54 5,4 0,417
48 mesh 1,12 11,2 0,295
100 mesh 5,43 54,3 0,147
200 mesh 2,38 23,8 0,074
< 200 mesh 0,08 0,8 < 0,074
perda 0,45 4,5 -
81
TABELA 7 Resultado da coluna de leito fixo para o carvão Impex®
Carvão Impex®
Volume eluído (mL) Concentração final de AM no efluente (x10-3 g.L-1)
0 0,0
500 0,0
1000 0,0
1075 0,0
1150 0,04
1160 0,07
1190 0,31
1200 0,45
1212 0,64
1229 0,81
1240 0,91
1253 0,96
1264 1,02
1298 1,17
1353 1,20
1400 1,19