pH do carvão ativado

O pH é um parâmetro importante uma vez que determina as interações eletrostáticas, podendo alterar o processo de adsorção. Grupos com oxigênio presentes na superfície do carvão e cinzas são responsáveis pelo pH do mesmo (PIZA, 2008). A natureza ácida ou básica de um carvão ativado depende de sua preparação e de grupos químicos ligados na sua superfície, bem como o tipo do tratamento que foi submetido (JAGUARIBE et al., 2005).

3.5.3 Teor de umidade

O teor de umidade do carvão ativado é frequentemente requerido para definir e expressar suas propriedades com relação ao peso líquido do carbono. Tendo em vista que o total de água presente em amostras de carvão ativado é resultante da combinação entre umidade superficial e a inerente ao produto. A incorporação de água ocorre durante as etapas de fabricação, transporte e armazenamento. Já o excedente de água, é resultado das propriedades naturais do produto (PIZA, 2008).

3.5.4 Cinzas

Os minerais (cinzas) são substâncias que também se fazem presentes na superfície dos carvões. São resíduos minerais que permanecem após a queima da matéria orgânica, sua composição dependerá da natureza da matéria-prima em estudo e do tipo de determinação utilizada (CECCHI, 2003; PIZA, 2008). O conteúdo de cinzas do carvão ativado é muito importante, principalmente na adsorção de soluções, pois, dependendo do solvente usado, parte das cinzas pode ser extraída, contaminando e mudando o pH da solução. Os principais minerais encontrados nas cinzas são: cálcio, magnésio, fósforo e silício (KIKUCHI, 2006; BARCELLOS, 2007).

3.5.5 Análise termogravimétrica

A Termogravimetria é uma técnica de análise térmica na qual a massa de uma substância é medida em função de uma programação de temperatura e tempo. Ou seja, registra-se a perda de peso proveniente da decomposição em função do tempo e/ou temperatura (ROCHA, 2003).

Dessa forma elevadas temperaturas conduzem à liberação de produtos voláteis ou à formação de produtos de reação mais pesadas, que são resultantes da ruptura e/ou formação de diferentes ligações físicas e químicas em decorrência da variação do peso.

Para a termogravimétrica derivada (DTG), são obtidas curvas que correspondem à derivada primeira da curva TG e nos quais os degraus são substituídos por picos que delimitam áreas proporcionais às alterações de massa sofridas pela amostra (BEZERRA, 2012).

3.6 Adsorção

A adsorção é um fenômeno de superfície decorrente da aderência de moléculas de um componente presente em uma fase fluida (líquida ou gasosa) sobre a superfície de um sólido. O material sobre o qual ocorre a adsorção chama- se adsorvente, e a substância adsorvida é o adsorbato (AWWA, 1999; COELHO, 2006; SREEJALEKSHMI, KRISHNAN e ANIRUDHAN, 2009).

A adsorção é, geralmente, utilizada na remoção de compostos orgânicos, como pesticidas, herbicidas e metais pesados entre outros compostos presentes em diversos tipos de efluentes, cuja remoção se torna difícil ou impossível por processos de tratamentos convencionais.

Dependendo da força de adsorção, isto é, da força das ligações que ocorrem entre as moléculas que estão sendo adsorvidas e o adsorvente, pode-se diferenciar dois tipos principais de adsorção: adsorção física e adsorção química (CIOLA, 1981

apud COUTO, 2009).

A adsorção física, ou fisissorção, é causada principalmente por forças de Van der Waals ou forças eletrostáticas entre as moléculas do adsorbato e os átomos que compõem a superfície do absorvente, ou seja, as moléculas encontram-se

fracamente ligadas à superfície e os calores de adsorção são baixos (COELHO, 2006; ALVES, 2007).

Na adsorção química, ou quimiossorção, há o envolvimento de interações químicas entre o fluido adsorvido e o sólido adsorvente, onde há a transferência de elétrons, equivalente à formação de ligações químicas entre o adsorbato e a superfície do sólido. Ocorrem assim ligações químicas entre adsorvente e o adsorvato, usualmente covalentes, ocasionando as seguintes características: formação de uma única camada sobre a superfície sólida e irreversibilidade da ligação (ATKINS, 1999; MARTINEZ, 1990; GONZÁLEZ, 2009).

Adsorção física é inespecífica e ocorre entre qualquer sistema adsorbato- adsorvente, enquanto a quimiossorção é específica. Vários fatores afetam a adsorção, tais como a estrutura molecular, tamanho da partícula do material adsorvente, a solubilidade do soluto, o pH do meio, o tempo de contato e a temperatura.

A capacidade de adsorção de um material pode ser avaliada quantitativamente por meio das isotermas, as quais mostram a relação de equilíbrio entre a concentração da fase fluida e a concentração de adsorbato acumulada nas partículas adsorventes em uma determinada temperatura (LOPES et al., 2002; PEREIRA, 2010).

A isoterma de adsorção é um método amplamente utilizado para representar estados de equilíbrio de um sistema de adsorção e o seu tratamento teórico. Sendo que, elas constituem a primeira informação experimental, que se utiliza para escolher entre diferentes carvões, o mais apropriado para uma aplicação específica.

A capacidade de adsorção de qualquer adsorvente é em função da pressão (quando gases) ou da concentração (quando líquidos) e da temperatura. Quando em um processo a capacidade de adsorção varia com a concentração à temperatura constante, é possível a obtenção de curvas denominadas isotermas (CLAUDINO, 2003). A Figura 5 mostra as várias formas de isotermas de adsorção.

Fonte: CUSSLER, (1997).

A adsorção é um fenômeno complexo que depende das características físicas e químicas dos adsorbatos e adsorventes. O carvão ativado é um dos materiais largamente estudados e utilizados nesse processo. Quando se utiliza esse material, os principais fatores que afetam o processo de adsorção são área superficial, estrutura dos poros e as características químicas de superfície - presença de grupos funcionais (PEREIRA, 2010).

Na literatura existem diversos registros de isotermas para diferentes tipos de adsorventes e adsorbatos. Entretanto, a maioria dessas isotermas resulta na adsorção física. Elas podem ser convenientemente agrupadas em cinco classes, que representam a classificação originalmente proposta por Brunauer, Emmet e Teller (BET) (SOARES, 2001).

Figura 5 - Formas de isotermas de adsorção.

Figura 6 - Isotermas pela classificação BET (Soares, 2001).

Q ua nt ida de d e gá s ad sorv ida Pressão relativa P/P0

Cada tipo de isoterma está relacionado ao tipo de poro envolvido. A isoterma do tipo I está relacionada à adsorção em microporos. A isoterma do tipo II está relacionada à adsorção em sistemas não porosos. Nas isotermas do tipo IV a dessorção não coincide com a adsorção (histerese), consequência da presença de finos capilares. Finalmente, isotermas do tipo III e V estão relacionadas a interações muito fracas em sistemas contendo macro e mesoporos.

Uma classificação mais detalhada das isotermas de adsorção é a de Giles et al., (1970), como mostra a Figura 7. As isotermas são divididas em quatro classes (S, L, H, e C) e quatro subgrupos (1, 2, 3 e 4).

Figura 7 - Classificação das isotermas de Giles et al. (1970).

Existem vários modelos que descrevem as isotermas de adsorção e dentre eles, os mais conhecidos são o modelo de Langmuir e Freundlich, o modelo de Langmuir foi proposto por Langmuir (LANGMUIR, 1918) e foi à primeira isoterma a assumir que ocorre formação de uma monocamada sobre o adsorvente. Baseado na hipótese do movimento das moléculas adsorvidas pela superfície do adsorvente, de modo que, à medida que mais moléculas são adsorvidas, há uma distribuição

uniforme formando uma monocamada que recobre toda a superfície (SCHNEIDER, 2008; AMUDA et al., 2009).

O modelo de Freundlich admite-se uma distribuição logarítmica de sítios ativos, que constitui um tratamento válido quando não existe interação apreciável entre as moléculas de adsorbato (MEZZARI, 2002).

Já modelo BET de Brunauer-Emmet-Teller foi desenvolvida com o objetivo de relacionar valores obtidos a partir das isotermas de adsorção com a área específica de um sólido (CLAUDINO, 2003). O modelo obedece que a adsorção ocorre em várias camadas independentes e imóveis, o equilíbrio é alcançado para cada camada.

P

Í

T

U

L

O

iV

MATERIAIS E

MÉTODOS

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Este trabalho foi realizado em dois laboratórios da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), sendo eles: Laboratório de Carvão Ativado (LCA) e Laboratório de Combustíveis e Materiais (LACOM). Localizados respectivamente no Centro de Tecnologia e no Centro de Ciências Exatas e da Natureza.

Na pesquisa foram utilizados carvões ativados vegetais, produzidos no (LCA), a partir da ativação físico-química e um carvão comercial foi adquirido para fins de analises comparativas para com os demais carvões.

4.1. Reagentes e Soluções

4.1.1. Reagentes

Todos os reagentes utilizados nos experimentos foram de grau analítico (P.A.). Em todas as experiências e na preparação das soluções utilizou-se água deionizada, com co_{ndutividade menor que 10 μs.cm} -2_.

Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3) – Dinâmica® ;

Ácido Sulfúrico (H2SO4) - Synth;

Ácido fosfórico (H3PO4) - Synth;

Acido clorídrico (HCl) - Synth;

4.2. Soluções