ADSORÇÃO

A adsorção é um processo físico-químico no qual certos componentes de uma fase fluida (gás ou líquido) são transferidos (adsorvidos) para a superfície de um sólido adsorvente. Dois termos principais são envolvidos nesta técnica os quais são: (1)

adsorvente, que é o material sólido empregado para a separação de uma ou mais

substâncias da fase fluida e, (2) adsorbato que são as substâncias a serem adsorvidas (DABROWSKI, 2001; EVERETT, 2001; LEVAN, YUN, 1997).

A adsorção tem sido empregada nos últimos anos para a remoção efetiva de poluentes no estado gasoso e líquido, onde foram obtidos resultados significativos quanto à eficiência (CHUN e SANG-DO, 2009). A grande vantagem que a adsorção possui quando se faz uma relação comparativa com outros processos de separação, reside no fato de que esta apresenta uma elevada seletividade molecular, permitindo a separação de vários componentes com um baixo consumo energético.

Em um processo de adsorção a escolha do material adsorvente é de grande importância. O adsorvente deve possuir características adequadas para esta aplicação tais como alta seletividade, estabilidade térmica, resistência mecânica e elevada capacidade de troca de seus cátions (RUTHVEN, 1984).

Figura 3. Representação Esquemática do processo de adsorção

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2.2.6. Adsorção em leito fixo

A concepção mais natural de aplicação industrial de um processo de separação por adsorção é o leito fixo, a qual fundamentalmente se baseia em uma coluna (leito) recheada de um sólido adsorvente através da qual se deseja remover um ou mais compostos contaminantes. Exemplos mais comuns de este tipo de processo são comunmente chamados processos de purificação, onde uma coluna de leito fixo é utilizada como adsorvente para a remoção de umidade de uma corrente gasosa, ou para a eliminação de compostos contaminantes (CAVALCANTE, 2000).

2.2.6.1. Adsorção de compostos orgânicos em leitos fixos

No caso de compostos orgânicos voláteis, as pesquisas que tem sido desenvolvidas centram sua atenção na avaliação de processos de adsorção em condições dinâmicas em materiais como carvão ativado, sílicas, zeólitas, argilas organofílicas, em concentrações relativamente baixas de compostos contaminantes (CAMARGO, 2011).

O leito fixo pode ser representado por duas fases, a primeira uma fase fluida onde pode ser considerado o transporte do COV através dos espaços vazios no leito, e uma segunda fase estacionária que representa a amostra porosa, (representada por meio da Figura 4), e se pode representar a porosidade ε como a fração de volume livre sobre o volume total. Entre estas duas fases ocorre a transferência do composto contaminante da fase fluida para a fase sólida devido à diferença de potencial químico entre as fases.

Figura 4. Representação do leito fixo de materiais porosos

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A maioria dos processos na indústria que empregam a adsorção em leito fixo, dependem em grande parte de parâmetros termodinâmicos de escoamento do fluido através do leito, que estão relacionados com o equilíbrio, assim como a cinética (NAGEL, 2007). Estes parâmetros podem ser entre outros: microporosidade do leito, isotermicidade da coluna, concentração inicial do adsorbato na corrente gasosa, a umidade, etc.

Delage (2000), demonstrou que as energias de adsorção são função do volume de poros do material adsorvente; e, em geral, um aumento neste valor, favorece a superposição dos potenciais de adsorção, na superfície do adsorvente, por conseguinte, um aumento na energia de interação (NAGEL, 2007). No decorrer do processo, à medida que o adsorvente vai saturando, as interações entre as moléculas adsorvidas vão sendo cada vez mais fortes, e as interações adsorvente-adsorbato cada vez menores, ocorrendo assim uma diminuição na energia de adsorção.

Nagel (2007) estudou o efeito da temperatura no processo de adsorção, sendo que um aquecimento do leito seria mais significativo para concentrações maiores do adsorbato na corrente gasosa, se comparado às baixas concentrações, já que as perdas de calor podem ser desprezíveis. Fatores que podem influenciar o efeito da variação da temperatura são o comprimento e o diâmetro da coluna, assim como a velocidade de transferência do gás no leito.

Um projeto adequado para um processo de adsorção envolve variáveis como tamanho de partícula do adsorvente, a velocidade do fluido e as dimensões do leito.

Para a operação de processos com tratamento de compostos contaminantes de efluentes industriais, é possível conhecer a velocidade da corrente, já que o trabalho é feito em fontes pontuais e correntes estabelecidas nos processos produtivos, assim como a baixas concentrações dos contaminantes, considerando-se a velocidade intersticial do sistema constante (CAMARGO, 2011).

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2.2.7. Tipos de Adsorção

O fenômeno de adsorção envolvendo superfícies sólidas pode ser dividido em duas principais classes como segue (SCHNEIDER, 2008):

1. Adsorção física: ocorre quando as forças intermoleculares de atração das moléculas na fase fluida e da superfície sólida são maiores que as forças atrativas entre as moléculas do próprio fluido. Nenhuma ligação química é quebrada ou feita e a natureza química do adsorbato mantém-se, portanto, inalterada.

2. Adsorção química (quimissorção): envolve a interação química entre o fluido adsorvido e o sólido adsorvente, conduzindo à formação de um composto químico de superfície ou complexo de adsorção.

2.2.8. Aplicações da adsorção

As aplicações práticas fundamentais da adsorção e as áreas relacionadas são as seguintes: remoção de umidade de ar úmido para aplicação industrial, tais como em instrumentação, remoção de impurezas de meios líquidos e gasosos, separação de componentes de misturas gasosas tais como oxigênio e nitrogênio do ar, remoção de cor em correntes líquidas, remoção de odor de líquidos e gases, entre outras.

Dentre estas aplicações, a recuperação de solventes por adsorção de correntes de efluentes é muito importante, pois o seu descarte no ambiente configura-se como um grande desperdício econômico, já que recuperados estes podem ser reutilizados no processo industrial (CHATZOPOULOS et. al., 1993; DABROWSKI, 2001; LI et. al., 2002).