Estudo da adsorção do corante reativo azul BF-5G em carvão de osso modificado

Abstract

RESUMO: As empresas têxteis que trabalham com tingimento de tecidos frequentemente consomem grandes quantidades de água em seus processos, o que resulta em um volume considerável de efluentes. Durante o processo de tingimento, uma proporção significativa de corante não é fixada ao tecido, sendo frequentemente descartada juntamente com as águas residuais. Nesse sentido, é crucial remover o corante presente nesses efluentes, e uma técnica eficaz e versátil que pode ser utilizada como tratamento terciário é o processo de adsorção em carvão ativado. Foram realizados estudos referentes a eficiência da remoção do corante reativo azul BF-5G na presença de eletrólito inorgânicos (NaCl, KCl, CaCl2 e MgCl2) e posteriormente foram realizadas modificações ácidas no carvão de osso in natura para obter um novo adsorvente capaz de aumentar a capacidade de remoção de corante. O estudo foi iniciado com a caracterização do adsorvente e do adsorvato. As caracterizações realizadas para o adsorvente foram ponto de carga zero, Fisissorção de N2, Espectroscopia no Infravermelho com Trasnformada de Fourier (FTIR) e Difração de raios X (DRX). Para o adsorvato foi determinado somente o pKa. A caracterização do carvão de osso in natura revelou uma estrutura mesoporosa com diâmetro médio de poros de 94 Å, área específica de 107 m2 g-1 e distribuição negativa na superfície (pHPCZ = 3,8). Já, os resultados dos carvões modificados apresentaram diâmetro médio de poros de 150 Å, área específica variando de 102 a 234 m2 g-1 com pHPCZ variando de 6,4 a 7,3. Estudos cinéticos e de equilíbrio foram realizados para a adsorção do corante na etapa de avaliação dos eletrólitos inorgânicos e posteriormente na etapa de modificação do adsorvente. Para ambas etapas o tempo de equilíbrio foi de aproximadamente 48h e foram utilizados modelos reacionais (Pseudo 1a ordem, Pseudo 2a ordem e Elovich) e de transferência de massa (Difusão na superfície do sólido). A etapa de avaliação dos eletrólitos o modelo cinético com maior grau de ajuste foi de Difusão no sólido, indicando que a presença de sais inorgânicos, principalmente o KCl, ocasionou uma alta eficiência na remoção do corante. A cinética do carvão de osso modificado, devido a presença de cargas em sua superfície, proveniente da modificação ácida, não foi possível se ajustar com o modelo de transferência de massa (SDM). Assim, foram ajustados apenas modelos reacionais, cujo modelo que apresentou os melhores parâmetros foi o de Pseudo 2a ordem. O equilíbrio de adsorção foi avaliado por meio das curvas de isoterma e em ambas etapas os modelos utilizados foram Langmuir, Redlich-Peterson e Sips. Este último, apresentou um ajuste consistente na adsorção sob influência de eletrólitos, já na avaliação dos adsorventes modificados, de forma geral, ele ainda foi escolhido mesmo não apresentando valores de parâmetros mais robustos. As quantidades máximas adsorvidas segundo com o modelo de sips variaram de 195 a 306 mg g-1 com a adição de eletrólitos e de 121 a 221 mg g-1 com os adsorventes modificados. Foram realizados ensaios com colunas para estudar o processo de adsorção em leito fixo. O objetivo foi avaliar o desempenho dos adsorventes modificados (TRAT1 e TRAT2), juntamente com adição de eletrólito, em operação continua. Posteriormente, foi analisada a possibilidade de o leito operar em ciclos de adsorção e dessorção, utilizando o álcool etílico como agente regenerante, cujos resultados foram promissores somente para o carvão de osso modificado (TRAT2) com a adição de KCl. Por fim, todas as curvas de ruptura foram modeladas, com exceção do adsorvente modificado TRAT1, pelos modelos de Difusão no Filme, Thomas e LDF. O comportamento das curvas dos modelos de Difusão no Filme e Thomas foram consideradas incompatíveis com os dados experimentais. Assim, o modelo de LDF apresentou uma modelagem mais consistente com o comportamento das curvas experimentais

ABSTRACT: Textile companies that work with fabric dyeing often consume large amounts of water in their processes, resulting in a considerable volume of effluent. During the dyeing process, a significant proportion of dye is not fixed to the fabric and is often discharged with the wastewater. Therefore, it is crucial to remove the dye present in these effluents, and an effective and versatile technique that can be used as tertiary treatment is the adsorption process on activated carbon. The objective of this study was to analyze the efficiency of reactive blue BF-5G dye removal in the presence of inorganic electrolytes (NaCl, KCl, CaCl2, and MgCl2) using in natura bone charcoal as an adsorbent. Then, an acid modification of the bone char was carried out to obtain a new adsorbent capable of increasing dye removal capacity. The study began with the characterization of the adsorbent and the adsorbate. Characterizations performed for the adsorbent were zero-point charge, N2 physisorption, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD). For the adsorbate, only the pKa was determined. The characterization of in natura bone charcoal revealed a mesoporous structure with an average pore diameter of 94 Å, specific surface area of 107 m2 g-1, and negative surface distribution (pHPCZ = 3.8). The modified charcoals had average pore diameters ranging from 102 to 234 m2 g-1, with pHPCZ ranging from 6.4 to 7.3. Kinetic and equilibrium studies were performed for dye adsorption in the inorganic electrolyte evaluation stage and then in the adsorbent modification stage. For both stages, the equilibrium time was approximately 48 hours, and reactional (Pseudo first order, Pseudo second order, and Elovich) and mass transfer (surface diffusion) models were used. In the inorganic electrolyte evaluation stage, the kinetic model with the highest degree of fit was Surface Diffusion, indicating that the presence of inorganic salts, mainly KCl, resulted in high dye removal efficiency. The kinetics of modified bone charcoal, due to the presence of charges on its surface resulting from acid modification, could not be adjusted with the surface diffusion model. Thus, only reactional models were adjusted, and the model that presented the best parameters was Pseudo second order. The adsorption equilibrium was evaluated through isotherm curves, and for both stages, Langmuir, Redlich-Peterson, and Sips models were used. The Sips model showed a consistent fit in adsorption under the influence of electrolytes, while in the evaluation of modified adsorbents, it was still chosen even though it did not present more robust parameter values. The maximum amounts adsorbed according to the Sips model ranged from 195 to 306 mg g-1 with the addition of electrolytes and from 121 to 221 mg g-1 with the modified adsorbents. Column experiments were carried out to study the fixed-bed adsorption process. The objective was to evaluate the performance of modified adsorbents (TRAT1 and TRAT2) together with the addition of electrolyte in continuous operation. Subsequently, the possibility of the bed operating in adsorption and desorption cycles using ethanol as a regenerating agent was analyzed, and the results were promising only for modified bone charcoal (TRAT2) with the addition of KCl. Finally, all breakthrough curves were modeled, except for modified adsorbent TRAT1, by the Film Diffusion, Thomas, and LDF models. The behavior of the Film Diffusion and Thomas model curves was considered