Estudo da remoção do corante reativo BF-5G com carvão de osso em coluna de leito fixo

Abstract

RESUMO: As indústrias têxteis que atuam na área de tingimento de tecidos acabam por demandar uma quantidade muito grande de água em seu processo gerando um elevado volume de efluente. A porcentagem de corante não fixado no tecido durante o processo de tingimento é significativa, e este muitas vezes acaba sendo descartado juntamente com as águas residuais. Dessa forma, é de suma importância a remoção do corante deste efluente e uma técnica que pode ser empregada como tratamento terciário é o processo de adsorção em carvão ativado, devido a sua eficiência e versatilidade. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar o processo de adsorção do corante reativo azul BF-5G em coluna de leito fixo de carvão de osso e analisar seu comportamento em ciclos de adsorção/dessorção. O estudo foi iniciado com a caracterização do adsorvente e do adsorvato. As caracterizações realizadas para o adsorvente foram ponto de carga zero, a fisissorção de N2, a espectroscopia no infravermelho (FTIR), a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a difração de raios X (DRX). Para o adsorvato foi determinado o pKa. Além disso, realizou-se a simulação do modelo da molécula de corante. Estudos cinéticos e de equilíbrio foram realizados para a adsorção do corante em carvão de osso com o intuito de identificar o possível mecanismo de adsorção, o qual influencia no processo de adsorção e dessorção do corante. O tempo de equilíbrio obtido, na cinética, foi de aproximadamente 30 horas e a capacidade de remoção, no equilíbrio, foi de aproximadamente 140 mg g-1 (com diâmetro médio de partículas igual a 0,725mm) e 195 mg g-1 (com diâmetro médio de partículas igual a 0,181mm). Ensaios com colunas foram realizados com o a finalidade de estudar o processo de adsorção em coluna de leito fixo. Para isso, foram avaliadas as melhores condições de operação do leito, como por exemplo, a influência do diâmetro de partículas, a vazão de alimentação na coluna, a altura do leito e a concentração de corante para obter as condições ótimas de operação por meio da avaliação dos parâmetros de transferência de massa. Em seguida, foi analisado a possibilidade do leito operar em ciclos de adsorção e dessorção. Para isso, foram testados como agentes regenerantes o álcool etílico, o cloreto de sódio e o ácido acético. O álcool etílico foi o único, dentre os três avaliados, que conseguiu dessorver dos sítios de adsorção uma quantidade de aproximadamente 11,42% do total de corante adsorvido. O cloreto de sódio não apresentou nenhuma capacidade significativa de regeneração do leito e, também, não apresentou nenhum efeito observável na superfície do adsorvente. O ácido acético não levou a uma dessorção significativa de corante, no entanto, sua ação na neutralização das cargas superficiais do adsorvente foram extremamente favoráveis, o que acabou levando o leito a operar por um tempo maior antes da ruptura, indo de 50 a 150 min. Os modelos de Adams-Bohart, de Thomas e Yoon-Nelson foram ajustados nas curvas de ruptura e não obtiveram uma bom ajuste aos dados experimentais devido as restrições dos modelos, sugerindo a presença de uma resistência difusional muito forte

ABSTRACT: The textile industries in the tissue dyeing segment consume a large amount of water in their process, generating high volumes of effluent. The percentage of dye that is not fixed in the tissue during the dyeing process is significant, and this unfixed dye is commonly discarded together with the wastewater. Thus, the removal of the dye from this effluent is an issue of great importance, and a technique which can be used as tertiary treatment is the adsorption process by activated carbon, due to its efficiency and versatility. Within this context, the objective of this work was to study the adsorption process of the reactive blue dye BF-5G in a fixed-bed column by activated bone char and to analyze the performace of adsorption/desorption cycles. The characterizations carried out in the adsorbent were: point of zero charge, physissorption N2, the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray diffraction (XRD). For the adsorbate the pKa was determined. In addition, the modeling of the dye molecule was performed. Kinetic and equilibrium studies were performed for the adsorption of the dye on activated bone char order to identify the possible mechanism of adsorption, which influences in the process of adsorption and desorption of the dye. The equilibrium time obtained in the kinetic tests was approximately 30 hours and the capacity of removal in the equilibrium condition was approximately 140 mg g-1(with an average particle diameter of 0,725 mm) and 195 mg g-1 (with an average particle diameter of 0,181 mm). Dynamic tests were performed with the objective to study the adsorption in fixed-bed column. For this, the operations conditions of fixed-bed operation were evaluated, studying the influence of the particle diameter, the feed rate on column, the fixed-bed height and the dye concentration, obtaining the optimal conditions through the evaluation of the mass-transfer parameters. Once the best operation conditions to the adsorption process in fixed-bed column were determined, the BDST and Thomas models were adjusted in the breakthrough curve, however, both of them were not able to fit well to the experimental data due to the constraints of the models, suggesting the presence of a very strong diffusional resistance. Next, the possibility of the fixed-bed operating in adsorption and desorption cycles was analyzed. For this, ethanol, sodium chloride and acetic acid were tested as regenerating agents. The ethanol was the only one among the three evaluated that was able to desorb from the adsorption sites a significant quantity of approximately 11,42% of the total adsorbed dye. The sodium chloride did not show any significant capacity of regeneration of the fixed-bed, and also did not show any observable effect on the surface of the adsorbent. The acetic acid did not lead to a significant desorption of the dye, however, its action on the neutralization of the superficial charges of the adsorbent were extremely favorable, what eventually led the fixed-bed to operate for a longer time before the rupture, from 50 to 150 min