3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
3.1. Materiais, equipamentos, reagentes e amostra
3.1.1. Materiais
Os materiais utilizados foram: Bastão de vidro Barra magnética Balões volumétricos de 50 ml, 500 ml,1000 ml e 2000 ml Preparo das rochas calcárias Obtenção da curva de c.m.c. para o tensoativo Preparo das soluções de tensoativos Ensaios de adsorção variando a massa do adsorvente Análise do filtrado Obtenção da capacidade de adsorção Aplicação dos modelos de isotermas de adsorção de Langmuir e Freudlich
Béqueres de 50 ml e 250 ml Erlenmeyers de 250 ml Espátula Funis analíticos Provetas de 100 ml Pipetas graduadas de 10 ml Pipetas pasteur
Papéis de filtros qualitativos Suportes de garras
3.1.2. Equipamentos
Os equipamentos utilizados foram: Agitador magnético
Banho Dubnoff (Tecnal) Balança analítica
Estufa
Mufla (Quimis) Moinho de bolas
Peneiras vibratórias (Bertel)
Tensiômetro (SensaDyne) juntamente com um computador Trituradores
3.1.3. Reagentes
Os reagentes utilizados foram: Água destilada
KCl (Cloreto de Potássio)
Tensoativo CTAB (Brometo de Cetil Trimetil Amônio) Rocha calcária
Para todo procedimento foram utilizadas amostras em pó de rocha calcária da Formação Jandaíra da Bacia Potiguar, Rio Grande do Norte.
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3.2. Procedimento experimental
Nesta seção são apresentados os procedimentos empregados para realização do experimento de adsorção do tensoativo CTAB em rochas calcárias. O procedimento foi dividido em quatro etapas: preparo das amostras, preparo das soluções, ensaio de adsorção e análise do filtrado.
3.2.1. Preparo das rochas calcárias
Em primeiro momento foram obtidas amostras fracionadas de rochas calcárias da Formação Jandaíra e em seguida foram postos em um forno mufla (Figura 10) para calcinação, a uma temperatura de 250ºC, durante o tempo de 6 horas,com intuito de remover água, CO2 e outras impurezas.
Figura 10: Forno Mufla (QUIMIS).
Fonte: Autor.
Após serem retiradas da mufla, as amostras passaram por duas trituradoras (Figura 11) e por fim, reduzidas à partículas menores com a utilização de um moinho de bolas (Figura 12).
Figura 11: Trituradoras.
Fonte: Autor.
Figura 12: Moinho de bolas.
Fonte: Autor.
Depois de realizados os procedimentos acima descritos, as amostras trituradas foram peneiradas por meio do peneiramento vibratório (Figura 13) e selecionou-se as frações que passaram pela peneira de 48 mesh, para realização de todos ensaios de adsorção.
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Figura 13: Peneira vibratória (Bertel).
Fonte: Autor.
3.2.1.1.Preparo das soluções de tensoativos
Foram preparadas soluções de tensoativo catiônico CTAB em KCl 2% em três diferentes concentrações: C1 = 0,8596 g/L, C2 = 1,2279 g/L e C3 = 1,5964 g/L (Figura
14). Essas concentrações foram escolhidas baseando-se em trabalhos anteriores (Andrade; Lima, 2015), sendo que nesse trabalho, diferentemente dos anteriores, foram utilizadas massas menores de adsorvente.
Figura 14: Soluções de tensoativo.
Fonte: Autor.
3.2.1.2. Ensaio de adsorção variando a massa do adsorvente
Os ensaios de adsorção foram feitos em triplicatas para as três diferentes concentrações preparadas. Variou-se as quantidades de massas de adsorvente (2 g, 4 g, 6 g, 8 g, 10 g) em cada solução de tensoativo (Figura 15). Para isso, pesou-se as cinco massas e depositou-se em erlenmeyers de 250 ml, juntamente com 80 ml das diferentes soluções de tensoativo (C1, C2, C3). Os erlenmeyers foram levados a um banho-maria Dubnoff (Figura 16) e submetidos à agitação pendular por duas horas, na temperatura de 30°C, com o intuito de atingir o equilíbrio. Posteriormente, foram submetidas a filtração simples com o auxílio de funis de vidro acoplados a suportes de garras e papéis de filtro qualitativo, coletando 40 mL de filtrado para realizar medidas de tensão superficial. Analogamente, foi obtido uma amostra de filtrado (Figura 17), usando a solução na concentração de C3 igual a 1,5964 g/L, com a massa de 2 g de calcário, com o tempo de permanência no banho finito de 24h para análise de uma possível influência do tempo na adsorção.
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Figura 15: Variação das massas de adsorvente e o sistema de filtração.
Fonte: Autor.
Figura 16: Banho maria Dubnoff (Banho finito).
Figura 17: Filtração simples.
Fonte: Autor.
3.2.1.3. Análise do filtrado
Para obtenção dos resultados, utilizou-se um Tensiômetro (SensaDyne), juntamente com um software SensaDyne que fornecia os dados na tela do computador, Figura 18.Esse tensiômetro utiliza-se do método da pressão máxima de bolha para realizar as medições de tensão superficial das amostras. Nesse método pode-se relacionar um diferencial de pressão (ΔP) que é gerado devido a formação das bolhas com a tensão superficial. O tensiômetro é composto por dois capilares de diferentes diâmetros, o de menor diâmetro mede a tensão superficial e o capilar com maior diâmetro é responsável por eliminar os efeitos da coluna hidrostática. Em síntese, um gás inerte (nitrogênio) é conduzido para dentro dos capilares, entrando em contato com a solução e assim exercendo uma força para romper a tensão superficial existente entre eles. Sendo assim, foi possível determinar a concentração do tensoativo em cada amostra (em triplicata), calculadas por meio da equação da reta da c.m.c (concentração micelar crítica), construída utilizando o mesmo
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equipamento de medição, o Tensiômetro (SensaDyne). A partir do gráfico de tensão superficial é gerada a equação da reta que descreve os dados obtidos para calcular a concentração de tensoativo (já que a c.m.c. funciona como uma curva de calibração).
Figura 18: Tensiômetro (SensaDyne) (a) e Software (b).
(b)
Fonte: Autor.
3.2.1.4. Construção das curvas da c.m.c (concentração micelar crítica)
Com o intuito de determinar as concentrações finais do tensoativo (Ce) nas amostras de filtrado, foi necessário a obtenção das curvas da c.m.c. do tensoativo analisado, variando as suas concentrações em KCl à 2%. Foi feita a diluição da solução, partindo da concentração de 3 g/l até 0,05 g/l, conforme Tabela 2. Em
seguida, foram medidas as tensões superficiais no tensiômetro (SensaDyne), como descrito anteriormente. Construiu-se um gráfico com a concentração de CTAB (CCTAB) versus tensão superficial (
) e obteve um ponto de intersecção entre as duas retas equivalente à c.m.c. do tensoativo.Tabela 2: Variação das concentrações de CTAB em KCl à 2% para construção das curvas da c.m.c. Concentração de CTAB em KCl_2% (g/l) 3 2,7 2,5 2,3 2,0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 0,05
3.2.1.5. Construção das curvas de adsorção
De posse de todos os dados de concentração de tensoativo nas amostras do filtrado (Ce) obtidos pela equação da reta da c.m.c, utilizou-se a Equação 1 (seção 2.5.4) para determinação da capacidade de adsorção da rocha calcária (q), que representa o quanto de tensoativo a rocha é capaz de adsorver nas condições estudadas. Em seguida, foram plotados dois gráficos, um (q) versus (m) para definição da massa ideal e outro (q) versus (Ce) para aplicação dos modelos de isotermas de adsorção Langmuir (Equação 3, seção 2.5.4.1.1) e Freundlich (Equação 5, seção 2.5.4.1.2.) e observou-se qual apresentou melhor ajuste.
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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. Obtenção da c.m.c. do tensoativo
Após plotar o gráfico com os dados de tensão superficial versus concentração de tensoativo e ajustar as curvas para uma reta, foi possível obter um valor de 0,9577g/L para a c.m.c., igualando as duas equações da reta (Y1 = Y2), sendo o valor encontrado o ponto de intercessão das retas (Figura 19). Com as equações das retas foi possível determinar as concentrações finais do tensoativo (Ce) nas amostras de filtrado.
Figura 19: Gráfico da c.m.c - tensão superficial versus concentração do tensoativo CTAB em KCl à 2%.
Fonte: Autor.