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Aplicação das isotermas de adsorção utilizando resinas de troca iônica

1. INTRODUÇÃO

2.5. Adsorção de troca iônica

2.5.2. 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 R2 (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).