Adsorção de Micropoluente Orgânico em Carbono Ativado

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Santiago, M.S. (IFRN) ; de Oliveira, N.P.M. (IFRN) ; de Oliveira, K.B. (IFRN) ; Bezerra, D.P. (IFRN)

Resumo

Adsorção é a concentração espontânea de moléculas numa interfase devido a um desequilíbrio de forças. Está concentração diferenciada para espécies diferentes é a base de processos de separação. Este estudo descreve a adsorção de hidróxibenzeno em carbono ativado. A caracterização do adsorvente foi realizada por isotermas de adsorção de N₂ a 77 K para determinação de suas propriedades texturais. Para estudo da adsorção de hidróxibenzeno realizou-se experimentos cinéticos e de equilíbrio em batelada em temperatura ambiente. A capacidade de adsorção do hidroxibenzeno em carbono ativado foi de aproximadamente 30 mg/g, confirmando sua potencialidade.

Palavras chaves

Hidroxibenzeno; Carbono Ativado; Adsorção

Introdução

Adsorção é a concentração espontânea de moléculas numa interfase devido a um desequilíbrio de forças. Está concentração diferenciada para espécies químicas diferentes é a base de processos de separação (ROUQUEROL et al., 1999). A adsorção de compostos orgânicos em carbono ativado é uma das tecnologias mais importante no tratamento de efluentes industriais. O carbono ativado é um material que pode ter caraterísticas micro, meso ou macroporosas, podendo ser obtido de diferentes fontes carbonáceas. A capacidade de adsorver determinadas moléculas pode ser relacionada diretamente à área superficial e à especificidade dos grupos funcionais no adsorvente. A estrutura do carbono ativado é constituída basicamente de átomos de carbono ligados entre si, sendo possível observar outros elementos como oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, formando grupos funcionais ácidos ou básicos. A adsorção de compostos orgânicos em carbono ativado é controlada basicamente por interações físicas e químicas em que, tanto o tipo de material quanto às propriedades ácido-base da superfície, são importantes no processo (GIRALDO et al., 2014). Dentre os principais poluentes estudados no processo de adsorção em carbono ativado esta o hidroxibenzeno. Tem-se estabelecido que a principal forma de interação entre o hidroxibenzeno e carbono ativado é através da ligação entre os elétrons do sistema-π, ou seja, os elétrons-π do anel aromático do hidroxibenzeno ligam-se ao sistema-π das camadas grafíticas do carbono ativado (GUILARDUCI et al., 2006). Nesse contexto, o objetivo para o desenvolvimento deste estudo foi avaliar a adsorção de hidroxibenzeno em carbono comercial.

Material e métodos

A caracterização dos materiais adsorventes consistiu na análise textural da sua superfície porosa mediante a isoterma de adsorção/dessorção de N₂ a 77 K. Este método foi realizado em sortômetro AUTOSORB 1-MP (Quantachrome, EUA). A partir da isoterma medida foi possível a determinação de área superficial, S_BET, volume total de poros, V_P, volume de microporos, V_M, e diâmetro médio de poros, D_P. Para estudos cinéticos e de equilíbrio foi necessária uma realização prévia de uma curva de calibração para conversão de absorbância em concentração. Para determinar a influência do tempo de contato entre carbono ativado e hidroxibenzeno necessário para remoção, foi realizado um estudo cinético utilizando uma solução de 50 mL de hidroxibenzeno, 1000 mg.L-1, em contato com 0,2 g carbono ativado comercial WV1050 (West Vaco) sob agitação moderada e temperatura 25 ºC. Em intervalos de tempo de 0 a 150 min foram retiradas alíquotas do sobrenadante e analisadas em espectrofotômetro UV/Vis em comprimento de onda de 382 nm. Posteriormente foi realizado experimento em batelada com diferentes concentrações do hidroxibenzeno, de 100 à 1000,0 mg.L^-1 e com pH de 5,3. Foi utilizada uma massa de 0,02 g de carbono ativado por 160 min a 25 °C para construção da isoterma de adsorção. Esta isoterma representa a relação do hidroxibenzeno entre a fase fluida (na solução) e da fase adsorvida (no carbono ativado).

Resultado e discussão

A partir da isoterma de adsorção e dessorção de N₂ a 77 K (na Figura 1), observou-se uma expressiva área superficial de 1727 m²/g, seu elevado volume total de poros de 1,204 cm³/g, volume de microporos de 0,578 cm³/g e diâmetro médio de poros de 13,9 Å. Em um adsorvente, é desejável uma elevada área superficial, visto que o processo de adsorção ocorre na superfície dos materiais. Conforme a Figura 1, o adsorvente apresenta formato de isoterma Tipo I, segundo a classificação de Brunauer et al. (1940), característico de materiais microporos, tendo um aumento expressivo do volume adsorvido em pressões relativas menores que 0,1. Contudo, o volume adsorvido apresenta contínuo aumento, revelando a presença de mesoporos e uma ampla distribuição de tamanho de poros. Na Figura 2, pode-se obter um panorama do comportamento do processo de adsorção de hidroxibenzeno em carbono ativado através das isotermas de adsorção obtidas para a amostra. A capacidade de adsorção do hidroxibenzeno em carbono ativado foi de aproximadamente 30 mg/g. Este valor é compatível com resultados relatados por Schneider (2008). A molécula de hidroxibenzeno tem um diâmetro molecular em torno de 6,2 Å e pode difundir-se para os poros interiores (micropartículas mais estreitos) de carbono ativado.

Figura 1 – Isoterma de adsorção e dessorção de N2 a 77 K.


Figura 2 – Isoterma de adsorção do hidroxibenzeno.

Conclusões

A capacidade de adsorção do hidroxibenzeno utilizado frente ao carbono ativado está relacionada principalmente pela forma de interação entre a superfície do adsorvente e o adsorbato, o qual, através das ligações π do anel aromático, possui efeito doador de elétrons, o que atribui um caráter básico à sua molécula (GUILARDUCI et al., 2006). Já a superfície do carbono ativado, apresenta muitos grupos funcionais de caráter ácido, característico de carbono ativado comercial. Sendo assim, o carbono ativado é um potencial material para remoção de hidroxibenzeno.

Agradecimentos

Os autores agradecem o auxílio financeiro do CNPq e as bolsas de iniciação científica concedidas pelo IFRN.

Referências

GIRALDO, L., MORENO-PIRAJÁN, J.C. Study of adsorption of phenol on activated carbons obtained from eggshells. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, no 106, 41–47, 2014.
GUILARDUCI, V. V. S.; MESQUITA, J. P.; MARTELLI, P. B.; GORGULHO, H. F. Adsorção de fenol sobre carvão ativado em meio alcalino. Química Nova no 29, 1226–1232, 2006.
ROUQUEROL, F., ROUQUEROL, J., SING, K. Adsorption by Powders & Porous Solids, Academic Press, San Diego, 1999.
SCHENEIDER. E. L. Adsorção de compostos fenólicos sobre carvão ativado. Dissertação (mestrado). Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2008.