O Laboratório de EQ 3

Laboratório de Engenharia Química 3

ADSORÇÃO EM LEITO FIXO

Alunos:

RESUMO – A adsorção é uma operação que envolve a transferência de um constituinte de um fluido para a superfície de uma fase sólida.O processo tem um grande destaque na purificação de efluentes, sendo uma forte alternativa para os métodos tradicionais presentes na indústria. Na adsorção em leito fixo, a concentração inicial foi de 80 mg/L, a altura do leito de xx cm e a vazão da bomba de 3 ml/min. O percentual médio de remoção do corante foi de aproximadamente 50% o que de certa forma é satisfatório e condizente com o esperado.

PALAVRAS-CHAVE: Adsorção, Leito fixo, Corante;

1. Introdução

          A adsorção é uma operação de transferência de massa, a qual estuda a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua superfície determinadas substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos, possibilitando a separação dos componentes desses fluidos. O processo inverso é chamado de dessorção.

           Uma vez que os componentes adsorvidos se concentram sobre a superfície externa, quanto maior for esta superfície externa por unidade de massa sólida, tanto mais favorável será a adsorção. Por isso, geralmente os adsorventes são sólidos com partículas porosas. A espécie que se acumula na interface do material é normalmente denominada de adsorvato ou adsorbato; e a superfície sólida na qual o adsorvato se acumula, de adsorvente ou adsorbente (RUTHVEN, 1984).

       Os processos de separação por adsorção estão baseados em três mecanismos distintos: o mecanismo estérico, os mecanismos de equilíbrio e os mecanismos cinéticos. Para o mecanismo estérico, os poros do material adsorvente possuem dimensões características, as quais permitem que determinadas moléculas possam entrar, excluindo as demais. Para os mecanismos de equilíbrio, têm-se as habilidades dos diferentes sólidos para acomodar diferentes espécies de adsorvatos, que são adsorvidos, preferencialmente, a outros compostos (NASCIMENTO et al., 2014).

            Dependendo da natureza das forças envolvidas, a adsorção pode ser classificada quanto a sua intensidade em dois tipos: adsorção física e adsorção química. No caso de adsorção física, a ligação do adsorvato à superfície do adsorvente envolve uma interação relativamente fraca que pode ser atribuída às forças de Van der Waalls, que são similares às forças de coesão molecular. Diferentemente, a quimisorção, a qual envolve a troca ou partilha de elétrons entre as moléculas do adsorvato e a superfície do adsorvente, resultando em uma reação química. Isso resulta essencialmente numa nova ligação química e, portanto, bem mais forte que no caso da fisissorção (NASCIMENTO et al., 2014).

           Os fenômenos de adsorção são resultados de uma combinação entre os tipos de forças envolvidas na adsorção física e química. Desta forma, são vários os fatores que influenciam o processo de adsorção como a área superficial, as propriedades do adsorvente e do adsorvato, a temperatura do sistema, natureza do solvente e o pH do meio. É um processo que depende de vários fatores tais como: natureza do adsorvente, do adsorvato e das condições operacionais (NASCIMENTO et al., 2014).  

As características do adsorvente incluem: área superficial, tamanho do poro, densidade, grupos funcionais presentes na superfície e hidrofobicidade do material. Por outro lado, a natureza do adsorvato depende da polaridade, do tamanho da molécula, da solubilidade e da acidez ou basicidade. As condições operacionais incluem, principalmente, temperatura, pH e natureza do solvente (COONEY, 1999).

          O sistema de adsorção em leito fixo se baseia na circulação da solução a ser tratada em um leito de adsorção contendo a massa sólida de partículas de adsorventes. O processo é realizado por monitoramento constante da concentração do efluente na saída da coluna de adsorção. Os dados de concentração, mais especificamente, da razão entre as concentrações do efluente pós-coluna e na solução de alimentação pelo volume ou tempo de tratamento permite construir a curva de ruptura (NASCIMENTO et al., 2014).

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Figura 1- Esquema genérico de adsorção

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Figura 2: Esquema de um sistema de adsorção em coluna de leito fixo (NASCIMENTO et al., 2014).

2. Materiais Utilizados

Os materiais utilizados no experimento foram:

• Água;
• Corante azul (80 mg/L);
• HCl 1M;
• Bagaço de Malte;
• Algodão;
• Pérolas de vidro;
• Coluna vertical de leito fixo;
• Bomba;
• Béqueres;
• Espectrofotômetro UV-Visível.

3. Procedimentos Experimentais

        Foi preparado uma solução de corante azul, de concentração igual a 80 mg/L, ajustando-o até próximo de pH 3, com o uso do HCl 1M.

        Em seguida foi preparada a coluna, com a adição do algodão na base, seguido de 2 g da biomassa, uma camada de algodão acima e pérolas de vidro no topo.

        Com o aparato preparado, bombeou-se a solução coluna acima a uma vazão constante de 3 mL/min. Em seguida, nos intervalos de tempo já programados foram retiradas amostras da solução que estava passando pela coluna.

        Estas amostras coletadas foram analisadas em um espectrofotômetro de UV-Visível a fim de determinar a concentração de corante em cada tempo. Estes dados formam a base para o tratamento dos dados e obtenção dos resultados.

4. Resultados e Discussão

A partir de diferentes soluções de concentrações conhecidas, foram tomados valores de absorbância referentes a cada concentração a fim de obter uma curva de calibração, a Tabela 1 apresenta esses valores. Diante disso, a Figura 3 ilustra a curva de calibração e a equação polinomial de segunda ordem obtida analisando a tendência dos dados.

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