Estudo da desativação catalítica de carvão ativado impregnado com óxido de manganês para remoção de ferro e manganês da água

Abstract

Resumo: Ferro e manganês são metais comumente encontrados em águas subterrâneas. A presença deles, além de causar problemas patológicos e estéticos, causa grande prejuízo ao sistema de distribuição de água. A legislação brasileira estabelece valores máximos permitidos de 0,3 e 0,1 mg/L, para o ferro e o manganês. São conhecidos diversos mecanismos para a remoção desses metais, entre eles destaca-se a filtração adsortiva. Carvão ativado granular foi impregnado com óxido de manganês a fim de remover ferro e manganês de uma solução aquosa. Foram investigados a influência da concentração inicial da solução, variada entre 5 e 50 ppm, assim como a temperatura da mesma, que variou entre 10°C e 50°C. Os resultados indicaram que o aumento da concentração inicial tanto para o caso do manganês quanto para o ferro, fizeram com que o ponto de saturação fosse atingido mais rapidamente. Com relação à temperatura, os ensaios que foram realizados a uma temperatura maior alcançaram o ponto de saturação do carvão mais rapidamente. Foram estudados dois modelos para a desativação catalítica do carvão impregnado, um foi proposto baseado na lei de potência análogo ao de sinterização e o outro sendo o modelo de desativação por coque. O CAG com área superficial de 794,4 m2g-1 e volume de poros de 0,2893 cm3g-1, teve para os ensaios com Mn um melhor ajuste para o modelo tipo lei de potência descrito por a= exp(ln(1+( ? -1).k.t)/(1- ?)), enquanto que os dados de Fe se ajustaram melhor no modelo tipo coque a = 1/(1+m.t^n). A partir dos dados de temperatura foi possível determinar a energia de ativação para a desativação do carvão utilizando o modelo tipo lei de potência, obtendo os valores de 12506 J/mol para o Ferro 11756 J/mol para o Manganês. Utilizando o modelo de Crank, calculou-se a Difusividade efetiva dos ensaios nas diversas temperaturas, onde valores com a mesma ordem de grandeza encontrados na literatura foram obtidos. Entretanto ao analisar o comportamento desse parâmetro com a temperatura foi possível verificar que os dados de Mn não obtiveram o comportamento esperado, indicando a necessidade de mais ensaios.

Abstract: Iron and manganese are metals commonly found in groundwater. Their presence, besides causing pathological and aesthetic problems, causes great damage to the water distribution system. Brazilian law establishes maximum permitted values of 0.3 and 0.1 mg/L for iron and manganese. Several mechanisms for the removal of these metals are known, among them the adsorptive filtration. Granular activated carbon was impregnated with manganese oxide to remove iron and manganese from an aqueous solution. The influence of the initial concentration of the solution, varied between 5 and 50 ppm, as well as its temperature, which varied between 10°C and 50°C. The results indicated that the increase in the initial concentration for both manganese and iron caused the saturation point to be reached more quickly. Regarding the temperature, tests that were carried out at a higher temperature reached the coal saturation point more quickly. Two models for the catalytic deactivation of impregnated coal were studied, one was proposed based on the power law analogous to sintering and the other being the coke deactivation model. The CAG with a surface area of 794.4 m2g-1 and pore volume of 0.2893 cm3g-1 had a better fit for the Mn tests for the capacity law model described by a = exp (ln (1+(?-1) k.t) /(1- ?)), while the Fe data fit better in the coke-type model a =1/(1+m.t ^ n). From the temperature data it was possible to determine the activation energy for the deactivation of coal using the power law model, obtaining values of 12506 J/mol for Iron 11756 J/mol for Manganese. Using the Crank model, the effective diffusivity of the tests at different temperatures was calculated, where values with the same order of magnitude found in the literature were obtained. However, when analyzing the behavior of this parameter with temperature, it was possible to verify that the Mn data didn't obtain the expected behavior, indicating the need for more tests. Keywords: iron and manganese removal, activated carbon, impregnation, catalytic deactivation, effective diffusivity.