Aplicação das isotermas de adsorção utilizando resinas de troca iônica

Vários estudos de adsorção de equilíbrio vêm sendo realizados com resinas de troca iônica com o objetivo de encontrar a capacidade máxima de adsorção, a concentração de íons presente numa solução, assim como para determinar o modelo que melhor representa os dados experimentais de adsorção (Siu et al. 2016).

Zhang et al. (2015) estudaram a remoção de zinco a partir de solução estéril de cianeto para a sua reutilização no processo de lixiviação. Experimentos foram realizados em batelada para avaliar a capacidade de adsorção de resina de troca aniônica de base forte alcalina D201 × 7, e para avaliar o processo de adsorção as duas isotermas mais comumente utilizadas (Freundlich e Langmuir) foram aplicadas. As características essenciais para isoterma de Langmuir foram expressas em termos de uma constante adimensional, fator de separação ou parâmetro equilíbrio RL. O valor RL deve ficar entre 0 e 1, o que indica adsorção favorável para todas as concentrações iniciais. Os resultados mostraram que os valores do coeficiente de correlação R2 _{(0,9949) para o modelo Langmuir foi mais apropriado do que o modelo de} Freundlich (0,9756), indicando uma cobertura monocamada sobre a resina. A resina tem uma capacidade de adsorção limitada, sendo assim o processo de adsorção foi melhor descrito pelo modelo de Langmuir.

Alyüz e Veli (2009) estudaram o desempenho de Dowex HCR S / S resina de troca catiônica para avaliar a remoção de níquel e zinco a partir de soluções aquosas, que são metais pesados presentes em águas residuais. Estes autores utilizaram as isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin em seus os dados experimentais de equilíbrio. Os resultados mostraram que os maiores valores para os coeficientes de correlação (R2 = 0,99) foram obtidos quando as capacidades de monocamada foram determinadas pelo modelo de Langmuir. Além disso, a

intensidade de adsorção (n = 1,92), que foi determinada pela isoterma de Freundlich, indicou adequação também para este modelo. Assim, isotermas de Langmuir e Freundlich indicaram adequação para ambos os metais estudados. Contudo, a isoterma de Temkin, mostrou que as interações de adsorvente / adsorbato foram mais fracas para a remoção de zinco, sendo essa ocorrência indicada pelo menor valor observada para a constante Temkin (A = 62,82).

Deboni et al. (2015) estudaram o comportamento das isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin na remoção de ácidos graxos livres a partir de óleo de soja utilizando a resina de troca aniônica de base forte (Amberlyst A26 OH). Estes autores obtiveram boa correlação entre os modelos usados e concluíram que todos os modelos estudados poderiam descrever os dados de equilíbrio, pois estes apresentaram valores semelhantes R2 e próximos de um.

Víctor-Ortega et al. (2016) avaliaram a influência da concentração de ferro em meio aquoso na corrente de alimentação, e o comportamento de equilíbrio foi descrito pelas isotermas de Langmuir, Freundlich. Além disso, estes autores resolveram testar o modelo de Temkin em meio aquoso utilizando águas residuais contendo íons ferro para verificar o potencial de adsorção do ferro na resina Dowex Marathon C (resina catiônica de base forte). Os resultados mostraram que a curva da isoterma de Langmuir forneceu melhor ajuste aos dados experimentais (R2 _{> 0,99), e que o modelo Temkin obteve o valor de R}2 _{(0,952) menor que o} calculado para o modelo de Freundlich (0,977). No entanto, a curva obtida pelo modelo de Temkin foi a que mais se aproximou do modelo de Langmuir.

Vasiliu et al. (2011) estudaram o mecanismo para liberação controlada de um antibiótico, e para isso prepararam e utilizaram micropartículas de polieletrólito entre uma resina de troca iônica e dois polissacáridos acrílicos: gelano e goma xantana, para a adsorção do antibiótico a fim de obter um novo sistema de liberação de drogas. As isotermas de adsorção de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevich foram usadas para modelar este comportamento. Ensaios de adsorção em batelada foram realizadas utilizando 0,5 g de micropartículas em 20 mL de solução do antibiótico com várias concentrações iniciais (70-3750 mg/L), banho termostato com de agitação de 180 rpm em diferentes temperaturas (25, 35 e 40°C). Todas as isotermas foram aplicadas e com base no coeficiente de correlação, os resultados indicam que os modelos de Freundlich e Dubinin-Radushkevich representaram um melhor ajuste aos dados experimentais que os modelos de Langmuir e Temkin.

Thakare et al. (2015) avaliaram o desempenho da resina catiônica (INDION 225H) na separação por adsorção de cobre a partir do meio aquoso em leito expandido. Estudos de equilíbrio de adsorção foram realizados e os parâmetros de isotermas foram estimados

utilizando os modelos de Freundlich, Langmuir, Redlich-Peterson, Temkin e Dubinin- Radushkevich. Os modelos de Freundlich e Redlich-Peterson apresentaram melhor ajuste com coeficientes de correlação R2 > 0,995, indicando que a adsorção ocorreu em multicamadas. Estes autores também determinaram a intensidade de energia de ativação para íon cobre, pois esta intensidade é muitas vezes utilizada como base para a diferenciar adsorção física da química. Na adsorção física, foi necessário uma energia de ativação menor (5-40 kJ/mol) e assim o equilíbrio foi atingido muito rapidamente, enquanto que na adsorção química, foi necessário maior quantidade de energia de ativação (40-800 kJ/mol) uma vez que existem forças mais fortes associadas com este íon. Neste estudo, os autores obtiveram uma energia de ativação para de adsorção do íon Cu (II) de 79,49 kJ/mol, o que indicou que a adsorção foi química e também foi confirmada pelo melhor ajuste da relação linear do modelo de Temkin em comparação com o modelo de Dubinin-Radushkevich.

Kalaruban et al. (2016) modificaram a superfície da resina de troca aniônica de base forte (Dowex 21K XLT) pela impregnação do íon Fe (Dowex-Fe) e realizaram testes em batelada e em leito fluidizado para remoção do nitrato presente em soluções aquosas. Os dados foram ajustados aos modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. Considerando os valores de R2, em geral, o melhor ajuste foi observado para o modelo de Langmuir, em que as capacidades máximas (qm) de adsorção foram de 27,6 mg de N/g, 75,3 mg de N/g para as resina Dowex e

Dowex-Fe, respectivamente. A capacidade de adsorção Dowex-Fe foi mais que o dobro em comparação com a Dowex, devido às cargas positivas adicionais pela impregnação de Fe na resina Dowex. O modelo de Sips também indicou que a capacidade de adsorção de Dowex-Fe (44,2 mg de N/g de resina) foi maior do que a de Dowex (25,8 mg de N/g de resina), no entanto, menor que a observada pelo modelo de Langmuir.

Fontan et al. (2013) estudaram o comportamento de adsorção da proteína lactalbumina (α-la) sobre uma resina de troca aniônica, Q Streamline® XL. Os dados de adsorção de equilíbrio foram obtidos em pH 7,4 e em temperaturas que variaram de 273,15 K para 313,15 K, sendo verificado que a capacidade de adsorção da resina de troca iônica diminui com o aumento da temperatura. Os dados experimentais foram ajustados a cinco modelos de isotermas de equilíbrio de adsorção: Freundlich, Langmuir, Bi-Langmuir, Toth e Jovanovic. Os resultados mostraram que os modelos de Langmuir, Toth e Jovanovic apresentaram melhor ajuste. Também foi observado que o modelo Toth se comportou como o modelo de Langmuir, apresentando as mesmas capacidades de adsorção e os mesmos fatores de correlação. Os resultados indicaram que o processo de adsorção de lactoalbumina (α-la) é homogêneo, o que indica o comportamento Langmuir.

O modelo de Radke-Prausnitz não foi encontrado na literatura para aplicação em resinas de troca iônica. No entanto, esse modelo é muito utilizado para avaliar a adsorção em carvão ativado (Furlan, 2008; Schimmel, 2008; Carpiné, 2011; Almeida, 2012).