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Estudo competitivo da adsorção de corantes reativos em coluna de leito fixo

Resumo

O aumento constante da atividade industrial traz consigo uma grande preocupação ambiental devido principalmente à geração de efluentes líquidos potencialmente poluidores que nem sempre recebem o devido tratamento antes de serem descartados. Visando sustentabilidade e tratamento de resíduos, esse trabalho teve como objetivo estudar a remoção, competição e diferentes interações de misturas de corantes reativos, em solução aquosa, por adsorção em leito fixo aplicando colunas recheadas com novo material adsorvente, visando a otimização do processo. Para isso, foram usadas para o preparo dos adsorventes, cascas do fruto do jatobá (se refere a árvores do gênero Hymenaea L), que é uma árvore típica do cerrado brasileiro com diversas aplicações já comprovadas, porém quase nenhuma nesta linha de pesquisa. As cascas após serem trituradas, foram pirolisadas a 700°C por duas horas, para a produção do carvão, em seguida, foram realizados testes de adsorção com os corantes Reactive Black 5 (RB5) e Reactive Red 2 (RR2) tanto isolados como em um sistema multicomponente. Mediante ensaios cinéticos e de equilíbrio, foram estabelecidas as condições para a adsorção em coluna de leito fixo. Dos resultados obtidos, pode-se observar que um aumento na vazão de operação da coluna provoca uma diminuição no tempo de ruptura, e também que a condição de operação da coluna mais eficiente foi a com vazão de 5mL/min, já que com esta condição se consegue adsorver 13,88% a mais da mistura de corantes em mg/g. A proposta para o aumento de escala é que o novo diâmetro da coluna usada seja o de 0,10 m. Conclui-se que a remoção dos corantes reativos com o adsorvente preparado a partir das cascas do fruto do jatobá apresentou ótimos resultados, podendo este ser empregado como alternativa para o tratamento dos efluentes aquosos da indústria têxtil.

Introdução

A geração de resíduos é atualmente um grande problema ambiental, já que muitas vezes não é fácil o seu tratamento e disposição final. A indústria têxtil representa um importante setor da economia brasileira e mundial, tendo experimentado considerável crescimento nos últimos anos. No entanto, como consequência desse aumento, efluentes industriais potencialmente tóxicos também são gerados de maneira elevada, sendo assim um potencial contribuinte à degradação do meio-ambiente (ZOLLINGER, 1987).

A resolução n°430 de 2011 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), art.3 afirma que:

Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente nos corpos receptores após o devido tratamento e desde que obedeçam às condições, padrões e exigências dispostos na Resolução e em outras normas aplicáveis (CONAMA, res. 430, 2011).

Os efluentes gerados são responsáveis por graves acidentes ecológicos, já que se tratam de resíduos com elevadas concentrações de produtos químicos potencialmente tóxicos (ALPENDURADA, 2002). Uma das principais características de tais efluentes é a presença de cor, resultado principalmente dos corantes que são aplicados nas operações de tingimento (ZOLLINGER, 1987).

As moléculas dos corantes possuem, em sua maioria, estruturas complexas responsáveis por se fixar aos materiais, sendo que, para seu uso, é desejá- vel a durabilidade de suas propriedades. Os corantes produzidos são portanto desenvolvidos visando estabilidade, e devido às suas características químicas e funcionais os atuais corantes sintéticos são moléculas de difícil degradação (CAVALCANTI et al., 2015).

Existem diversos métodos já estudados para o tratamento de efluentes corados, dentre os métodos convencionais estão a coagulação, osmose reversa, oxidação com reagente de Fenton, processos fotoativados e adsorção em materiais diversos. Cada uma das alternativas apresenta seus próprios custos, capacidades de remoção de cor e subprodutos gerados. Dentre estas, a adsorção tem um papel importante em termos de investimento inicial, simplicidade de projeto e facilidade de operação (CAVALCANTI et al., 2015).

O processo de adsorção consiste na adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente). Diversos fatores podem influenciar esse processo, como a natureza do adsorvente, pH, temperatura, dentre muitas outras variáveis. O carvão ativado é um dos produtos mais usados para o processo de adsorção, que se trata de um material que apresenta alta capacidade de adsorção, devido principalmente a sua grande área superficial, sendo eficiente e amplamente utilizado para o tratamento de água e efluentes. Entretanto, a fabricação desses adsorventes por vezes é de alto custo devido à origem e o valor da matéria prima (BACCAR et al., 2009).

A fim de se produzir um carvão ativado com um menor custo de produção, que tenha um menor tempo de degradação no meio ambiente, atualmente diversos trabalhos na literatura a partir de subprodutos agrícolas, como cascas, sementes e caules (CRUZ, 2010).

Em relação as suas propriedades e características, um bom material precursor é aquele que possui um elevado teor de carbono em sua composição. Um exemplo que se pode citar são cascas do fruto do jatobá, usadas no presente trabalho. Conforme afirma Claudino (2003) e Hayashi (2000):

Os precursores do carvão ativado são materiais que se enriquecem durante o tratamento térmico, sem que haja fusão ou abrandamento que impeça a formação de microporos. Caso a porosidade dos precursores seja baixa, é necessário ativá-los (CLAUDINO, 2003). Em virtude disso, comumente são utilizados como matéria prima para a fabricação do carvão ativado materiais ricos em lignocelulose (HAYASHI, 2000).

O processo de adsorção pode ser realizado em sistemas não contínuos (batelada) ou em sistemas contínuos, geralmente representados por colunas de leito fixo. Em geral, a adsorção realizada em batelada é mais comum em escala laboratorial, devido à sua simplicidade de operação e ao uso de equipamentos de mais baixo custo (MALVESTIO, 2010). Os processos de adsorção em colunas de leito fixo e fluidizado são os mais utilizados em escala industrial por permitirem uma melhor utilização da capacidade de adsorção do adsorvente (REYNOLDS e RICHARDS, 1995).

Como base nessas afirmações, este trabalho visou o desenvolvimento e avaliação do um processo de remoção de efluentes de um sistema multicomponente, composto pela mistura dos corantes Reactive Black 5 e Reactive Red 2, por meio de processo contínuo de adsorção utilizando novo material adsorvente.

Autora: Cássia de Queiroz Oliveira Cavalcante.

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