Minicoluna de adsorção

Na Figura 8.6 estão todas as curvas de ruptura obtidas para três concentrações (0,50; 100 e 1000 mg.L-1), duas vazões (0,25 e 2 mL.min-1) e cinco materiais (HMIP, HNIP, HMMIP, HMNIP e resina).

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178 Os valores de Qmax e EPads calculados estão apresentados na Tabela 8.3.

Tabela 8.3 Capacidade máxima de adsorção (Qmax, mg g-1) e eficiência de remoção do

processo (EPads, %) a 25oC determinadas experimentalmente pelas curvas de transpasse

das minicolunas de leito fixo contendo os adsorventes de interesse e alimentadas com solução de ácido isovalérico em diferentes concentrações e vazões.

Vazão (mL.min-1_{) 0,250 2,000} Concentração (mg.L-1) 50 100 1000 50 100 1000 HMIP Qmax (mg.g-1) 7.34 15.35 4.86 9.04 35.91 38.86 EPads (%) 66,02 73,74 17,03 43,18 56,08 24,32 HNIP Qmax (mg.g-1) 3.52 12.28 5.41 6.49 44.75 41.47 EPads (%) 44,81 54,80 27,10 41,33 58,23 25,96 HMMIP Qmax (mg.g-1) 9.23 14.01 7.48 7.24 22.32 17.40 EPads (%) 61,36 72,94 26,23 27,67 45,86 15,24 HMNIP Qmax (mg.g-1) 4.30 13.68 9.95 4.13 33.58 38.39 EPads (%) 50,62 61,04 34,88 30,37 52,43 24,03 Resina Qmax (mg.g-1) 4.68 13.97 5.01 7.65 39.85 26.32 EPads (%) 51,17 62,33 25,07 48,75 86,43 16,47

Para facilitar a discussão dos resultados a interpretação dos dados da curva de transpasse foi dividia em 3 tópicos: efeito da concentração, efeito da vazão e tipo de material adsorvente.

8.2.2.1 Efeito da concentração

Ao analisar a Tabela 8.3, nota-se que, para todos os materiais adsorventes, o aumento da concentração de 50 mg.L-1para 100 mg.L-1 é responsável por um grande aumento de Qmax. Esses resultados ocorrem devido ao aumento do gradiente da

179 concentração, o qual é a força motriz para que ocorra a transferência de massa da solução para o adsorvente.

No entanto, pelos valores de EPads (Tabela 8.3) e pela curva de saturação (Figura

8.6) percebe-se que quando a concentração de solução de entrada na coluna é muito elevada (1000 mg.L-1) as minicolunas praticamente não conseguem remover o ácido isovalérico do afluente e apresentam um tempo de saturação inferior a 10 minutos e os valores mais baixos de eficiência de processo, independente da vazão ou material aplicado. Isso ocorre devido ao aumento do gradiente de concentração para transferência de massa através do filme líquido, o qual resulta em uma elevada aceleração da taxa de adsorção. Consequentemente, ocorre uma saturação precoce do leito fixo, uma vez que a adsorção ocorreu na superfície do material impedindo a difusão do ácido isovalérico até os poros adsorventes.

Além do exposto, pode-se analisar ainda que os tempos de saturação para as concentrações iniciais de 100 e 50 mg.L-1_{, confirmam o discutido acima, uma vez que o} tempo de saturação aumentou ± 20 minutos ao se mudar a concentração inicial de ácido isovalérico de 100 mg.L-1 para 50 mg.L-1 na vazão de 0,25 mL.min-1 para maioria dos materiais. Tal comportamento corrobora com o relatado na literatura (AKSU; GÖNEN, 2004; CHEN et al., 2011; HAN et al., 2006; KIZITO et al., 2016; SONG et al., 2016).

No entanto ao comparar os dados de eficiência do processo entre as soluções de entrada na coluna de 50 e 100 mg.L-1, nota-se que os maiores valores de EPads ocorrem

para a solução de 100 mg.L-1. Logo, fica evidente que em baixas concentrações há uma redução da força motriz para as moléculas de ácido isovalérico superarem a camada limite e consequentemente superar a resistência à transferência de massa da fase líquida para a superfície do adsorvente.

8.2.2.2 Vazão de entrada

Para garantir vazões de entrada estáveis durante todo o experimento foi utilizada uma bomba peristáltica de alta precisão pertencente a um equipamento de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). As vazões de saída foram monitoradas e não apresentaram variação durante o experimento, o que indica que não houve perda de carga durante a passagem das soluções de ácido isovalérico pelas minicolunas de adsorção.

Assim como observado para a variação da concentração, observa-se que o aumento da vazão também acarreta num aumento dos valores de Qmax. Embora possa

180 parecer contra intuitivo, uma vez que o aumento de vazão implica em menor tempo de contato do líquido e, portanto, do adsorvato, na coluna, esse fenômeno pode estar associado ao aumento da turbulência no meio. O maior grau de mistura pode contribuir para a cinética de adsorção por diminuir a camada limite e facilitar a difusão e o acesso das moléculas de ácido isovalérico aos sítios adsorventes dos materiais aplicados nas colunas.

O estudo de variação da vazão avaliou a influência do tempo de detenção hidráulica na coluna e, portanto, o tempo de contato entre o adsorvato e o adsorvente, na eficiência de remoção do ácido isovalérico na minicoluna. Apesar de maiores vazões levarem a valores de Qmax mais elevados (Tabela 8.3), a redução na eficiência (EPads)

decorre da diminuição do tempo de residência do efluente no interior do leito, reduzindo assim o tempo que os adsorvatos têm para penetrar e difundir-se no interior dos adsorventes (SONG et al., 2016). Logo devido ao tempo de contato insuficiente entre ácido isovalérico e os materiais adsorventes gerado pela elevada vazão da solução os tempos de ruptura e saturação também são reduzidos e consequentemente curvas de ruptura mais acentuadas são obtidas (JANG; LEE, 2016). Além disso, o aumento da vazão também acelera o movimento da ZTM (seção 2.3.6.1, Capítulo 2) em direção à saída da coluna; esta ocorrência também contribuiu para a diminuição da adsorção e redução da eficiência da coluna sob elevadas vazões (MOHAN et al., 2017).

8.2.2.3 Material adsorvente

As EPads obtidas evidenciaram que os melhores resultados foram obtidos para

concentração de solução de entrada de ácido isovalérico na coluna de 100 mg.L-1 e com vazão de 0,25 mL.min-1. O HMIP apresentou o melhor valor (73,74%) seguido do HMMIP (72,94%), resina (62,03%), HMNIP (61,04%)e por fim o HNIP (54,80%).

Os tempos de saturação obtidos pela resina foram similares aos obtidos pelos materiais sem impressão molecular (HNIP e HMNIP). No entanto, ao analisar os tempos de saturação dos HMIP e HMMIP os valores são mais elevados. O HMIP apresentou tempos de saturação de 60 e 80 min para as concentrações de ácido isovalérico de 100 e 50 mg.L-1, respectivamente, enquanto que para o HMMIP os tempos de saturação foram de 60 e 115 min para 100 e 50 mg.L-1, respectivamente. Esse aumento do tempo de saturação nos materiais com impressão molecular deve-se, provavelmente, aos maiores valores de capacidade de adsorção. Tais materiais

181 destacam-se como candidatos para futuros testes de adsorção em maior escala e com efluentes mais complexos.