Preparação de carvões ativados da vagem de flamboyant mediante ativação química e física e sua aplicação na adsorção de corantes industriais

Abstract

RESUMO: Um extenso estudo de adsorção/remoção em fase aquosa de diversos compostos (adsorvatos) foi realizado mediante a aplicação de carvões ativados (CAs) obtidos a partir das vagens de Flamboyant (Delonix regia). A maioria das aplicações foram realizadas utilizando CAs obtidos mediante uma metodologia otimizada (CAop/NaOH); porém, nas aplicações em amostras reais de efluentes industriais, também foram aplicados novos CAs - previamente caracterizados - obtidos mediante ativações químicas com ZnCl2 e físicas com CO2. A adsorção dos corantes, Azul de metileno (AM), Amarelo crepúsculo (AC), Amarelo tartrazina (AT) e Vermelho Ponceau 4R (VP-4R) foi estudada. Para o AM, a isoterma de Tóth mostrou-se a mais adequada para explicar o comportamento do sistema AM-CAop/NaOH, com um valor da capacidade máxima de adsorção (Qm) igual a 889,58 mg g-1. Nos estudos cinéticos, o modelo de Avrami foi o mais adequado; o que sugere cinéticas de adsorção com ordens fracionárias. Os corantes AC, AT e VP-4R foram estudados tanto individualmente quanto em misturas ternárias. Para os estudos individuais, a isoterma de Vieth-Sladek foi a mais eficiente em explicar o comportamento de adsorção dos três corantes no CAop/NaOH, com valores de Qm iguais a 673,687, 643,041 e 551,799 mg g-1 para AC, AT e VP-4R, respectivamente. Nos estudos cinéticos, o bom ajuste dos modelos de pseudo segunda ordem, Elovich e Avrami sugeriu que o processo de adsorção dos três corantes acontece através de uma taxa de pseudo segunda ordem e quimissorção, com mudanças na ordem das reações. Para a mistura ternária, as derivadas de segunda ordem mostraram que os corantes AC, AT e VP-4R podem ser determinados em 552, 584 e 444 nm, respectivamente; enquanto que o estudo quimiométrico mostrou que os valores experimentais de pH, tempo de adsorção e concentração inicial de 2,3, 60 min e 350 mg L-1, respectivamente, foram as melhores condições. Os estudos relacionados com as amostras de efluentes industriais mostraram que o adsorvente CAop/NaOH foi o mais eficiente, entre os três CAs aplicados, na remoção/diminuição da cor aparente, turbidez e demanda química de oxigênio. Todos os resultados indicam a alta eficiência do CAop/NaOH, assim como sugere a viabilidade de um estudo em escala piloto ou industrial que vise a inserção desses CAs dentro de processos combinados para o tratamento de efluentes industriais

ABSTRACT: An extensive study of adsorption/removal in aqueous phase of many compounds (adsorbates) were performed by activated carbons (ACs) application obtained from Flamboyant pods (Delonix regia). The most of applications were done using ACs obtained by optimized methodology (ACop/NaOH); however, for real industrial wastewater samples applications, also were applied novel ACs - previously characterized - obtained by chemical activations with ZnCl2 and physical activations with CO2. The adsorption of dyes, Methylene blue (MB), Acid Yellow 6 (AY-6), Acid Yellow 23 (AY-23), and Acid Red 18 (AR-18) was studied. For MB, the Tóth isotherm showed to be the most useful to explain the behaviour of MB-ACop/NaOH system, with a maximum adsorption amount (Qm) equal to 889.58 mg g?1. For the kinetic studies, the Avrami model was the most suitable model; witch suggests adsorption kinetics with fractionary orders. The dyes AY-6, AY-23, and AR-18 were studied both individually and simultaneously. For the individual studies, the Vieth-Sladek isotherm was the most efficient to explain the adsorption behaviour for the three dyes onto ACop/NaOH, with Qm values equal to 673.687, 643.041, and 551.799 mg g?1 for AY-6, AY-23, and AR-18, respectively. For the kinetic studies, the good fit to the pseudo-second order, Elovich and Avrami models suggested that the adsorption process for three dyes occurs by a pseudo-second order rate and chemisorption, with changes in the order of reactions. For the ternary mixture, the second order derivates showed that the dyes AY-6, AY-23, and AR-18 can be determined at 552, 584, and 444 nm, respectively; while that the chemiometric study showed that the experimental pH, adsorption time, and initial dye concentration values of 2.3, 60 min, and 350 mg L-1, respectively, were the best conditions. The studies related to the industrial wastewater samples showed that the adsorbent ACop/NaOH was the most efficient, among the three ACs applied, for removal/decrease of the apparent color, turbidity, and chemical oxygen demand. All results indicates the high efficiency of the ACop/NaOH, as well as suggests the feasibility of a pilot scale or industrial scale study that aim the inclusion of these ACs into combined processes for industrial wastewater treatments