ADSORÇÃO DE COBALTO UTILIZANDO CASCA DE ARROZ E INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO SUPERCRÍTICO

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1 ADSORÇÃO DE COBALTO UTILIZANDO CASCA DE ARROZ E INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO SUPERCRÍTICO G. F. DÖRTZBACHER 1, J. M. da CUNHA 1,D. A. BERTUOL, E. H. TANABE G. L. DOTTO 1 Univrsidad Fdral d Santa Maria, Curso d Engnharia Química UnivrsidadFdral d Santa Maria, Dpartamnto d Engnharia Química para contato: janincunha@gmail.com; guilhrm_dotto@yahoo.com.br RESUMO O prsnt trabalho tv como objtivo invstigar a adsorção d cobalto m casca d arroz in natura modificada via CO suprcrítico.no studo cinético, utilizaram-s os modlos d psudo-primira ordm psudosgundaordm, sndo st último o mais adquado para a rprsntação do comportamnto cinético. Para o quilíbrio, utilizaram-s os modlos d Frundlich BET, sndo o sgundo o qu mlhor ajustou-s aos dados xprimntais. A capacidad d adsorção stimada na faixa d trabalho aumntou d 13, mgg -1 para a casca in natura para 8,8 mg g -1 para a modificada via CO suprcrítico, corrspondndo a um aumnto favorávl ao uso do tratamnto. 1. INTRODUÇÃO Muitos flunts contêm o cobalto na forma d íons dissolvidos. Est s configuracomo um polunt tóxico bioacumulávl (Safa Bhatti, 11). A adsorção dstaca-s por sr uma opração d baixo custo acssívl para a rmoção d lmntos m baixas concntraçõs. O carvão ativado é o mais utilizado, porém aprsnta problmas d alto custo dificuldad d rutilização (Sulaymont al., 9).Adsorvnts altrnativos têm sido studados, comorsíduos agrícolas. Com o objtivo d rduzir a gração d rsíduos m procssos industriais agrícolas, invst-s m mios d transformá-los m subprodutos d intrss comrcial (Orlandot al., 1). A casca do arroz é o principal subproduto do procssamnto d arroz. O su uso como matrial adsorvnt tm sido discutido dvido à sua altadisponibilidad, baixo custo, biodgradabilidad possibilidad d ruso. Su potncial uso como adsorvnt é consquência d sua constituição química (Viira t al., 1). No ntanto, sua ára suprficial é baixa. Uma altrnativa para mlhorar as propridads da casca d arroz é o tratamnto suprcrítico. Nst método, a baixa viscosidad ausência d tnsão suprficial contribum para pntração do fluído na matriz sólida, aumntando os sítios d adsorção a porosidad do matrial (Santos, 11). Assim, o objtivo dst trabalho foi invstigar a adsorção d cobalto m casca d arroz in natura modificada via CO suprcrítico.. MATERIAL E MÉTODOS.1.Prparo obtnção do adsorbato/adsorvnt

2 As soluçõs do adsorbato foram prparadas com sulfato d cobalto hpta-hidratado (99%, Vtc, LTDA) água dionizada.a casca d arroz foi obtida d uma indústria local. O matrial foi lavado com água dionizada, sco m stufa a 6 C por 4 horas, moído m moinho d sapatas caractrizado por pniramnto, ond partículas mnors qu 15 µm foram utilizadas. Part dst (5, g) rcbu o tratamnto via CO suprcrítico a 35 C bar durant 1 hora. O tratamnto suprcrítico foi ralizado m sistma montado no laboratório, contndo um rator d alta prssão, um cilindro d CO uma bomba d alta prssão (5D, Tldyn). Amostras d casca d arroz tratada in natura foram caractrizadas m rlação à ára suprficial (Quantachrom, Nw Win) microscopia ltrônica d varrdura (Jol, JSM 661LV)...Ensaios d adsorção Os xprimntos d adsorção foram ftuados m batlada, utilizando-s 5 ml d solução com aproximadamnt 1 mgl -1 d cobalto, m banho com agitação constant d 1 rpm(marconi LTDA). Variou-s o ph (-6), o tmpo (-5 h) a massa d adsorvnt (,5-,5 g), d acordo com o fito a sr studado. Para corrção doph, utilizaram-s soluçõs,1 mol L -1 d NaOH HNO 3. A concntração rmanscnt d cobalto na fas líquida foi dtrminada por absorção atômica m chama (Agilnt). As capacidads d adsorção no tmpo t (q t ) no quilíbrio (q ) foram obtidas plas Equaçõs 1, ond C, Ct C (mg L -1 ) são a concntraçõs d cobalto na fas líquida inicial, no tmpo t no quilíbrio, rspctivamnt; m (g) é a massa d adsorvnt; V (L) é o volum d solução. q q t C Ct V (1) m C C V () m.3.cinética d adsorção Os dados cinéticos foram ajustados aos modlos d psudo-primira psudo-sgunda ordm (Equaçõs3 4), sndoq 1 q (mg g -1 ) as capacidads tóricas d adsorção; k 1 (min -1 ) k (g mg -1 min -1 ) as constants cinéticas d psudo-primira ordm psudo-sgunda ordm, rspctivamnt. q t 1 q 1 ( 1 xp(-k t)) (3) q t t (4) 1/ k q ) ( t / ) ( q.4.equilíbrio d adsorção Os dados xprimntais obtidos no studo do quilíbrio foram ajustados nos modlos d isotrmas d Frundlich (Equação 5) BET (Equação 6). Ond k F n F são as constants d Frundlich; K 1, K q BET são as constants do modlo BET.

3 q 1/ n k C F (5) F q 1 BET (6) 1 K C 1 K C K C K q C 1 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1.Caractrização dos adsorvnts A Figura 1 aprsnta as imagns d MEV da casca d arroz in natura tratada com fluído suprcrítico. Figura 1 MEV da casca d arroz in natura (a) tratada com fluído suprcrítico (b). (a) (b) Após o tratamnto, a suprfíci tornou-s mais rugosa, com cavidads protubrâncias. A ára suprficial aumntou d 3,9 m g -1 para 15,5 m g Efito do ph A Figura aprsnta o fito do ph na adsorção d cobalto m casca d arroz in natura tratada via CO suprcrítico. Figura Curva prcntual d rmoção m função do ph da solução. Rmoção % ph in natura tratada

4 Todos nsaios foram ralizados m triplicata. Exprimntos prliminars indicaram qu não há prcipitação do adsorbato na faixa d ph studada. Tanto na adsorção com casca d arroz sm tratamnto quanto a tratada com CO suprcrítico, a rmoção d cobalto aumntou conform o aumnto do ph da solução. A influência do ph na adsorção pod sr xplicada com bas na dnsidad d carga suprficial. Com o aumnto do ph, consqunt rdução da quantidad d íons H + na suprfíci do adsorvnt, a rpulsão ltrostática ntr os íons d cobalto carrgados positivamnt (Co + ) a suprfíci da casca d arroz diminui, o qu aumnta a capacidad d adsorção. Assim, quanto maior o ph, mlhor a adsorção, dsd qu não ocorra a prcipitação do adsorbato. 3.. Estudo cinético A Figura3 rprsnta os dados xprimntais obtidos no studo cinético. Figura 3 Curva cinética d adsorção. q (mg/g) tratada com fluido suprcrítico in natura t (min) Tabla 1 Modlos cinéticos. Psudo-primira ordm in natura Tratada q 1 (mg g -1 ) 1,9 13,33

5 k 1 (min -1 ),145,86 R²,866,9716 EMR (%) 14,84 8,18 Psudo-sgunda ordm in natura Tratada q (mg g -1 ) 13,9 15,5 k (g mg -1 min -1 ),54, R²,981,999 EMR (%) 1,63 6,65 A capacidad d adsorção da casca d arroz in natura atingiu o quilíbrio m crca d 1 minutos, nquanto o matrial tratado lvou crca d 4 minutos. A difrnça nos intrvalos d tmpo dv-s à ára suprficial do matrial. A casca d arroz tratada possui maior porosidad ára suprficial, lvando a um tmpo d saturação maior. Os parâmtros obtidos no ajust stão rprsntados na Tabla 1. A Vrificou-s qu, tanto para a casca in natura, quanto para a casca tratada, o modlo d psudo-sgunda ordm foi o mais adquado para rprsntar a cinética d adsorção, aprsntando R² mais próximos da unidad mnors valors d rro médio rlativo (EMR). Os valors d q foram maiors para a casca tratada, confirmando qu acasca d arroz tratada atingiu uma maior capacidad d adsorção no quilíbrio Estudo do quilíbrio Os dados xprimntais d quilíbrio stão rprsntados na Figura4, ond s visualiza qu a capacidad máxima d adsorção xprimntal passou d 18 mgg -1 para mg g -1 com o tratamnto via CO suprcrítico. Figura 4 Curva do quilíbrio d adsorção. q (mg/g) casca tratada via fluido suprcrítico casca in natura c (mg/l) Tabla Modlos d quilíbrio. Frundlich

6 in natura tratada k F,,98 1/n f,149,151 R²,9866,8797 EMR (%) 1,47 4,8 BET in natura tratada q BET (mg g -1 ) 13, 8,8 K 1 (L mg -1 ),35,83 K (L mg -1 ),11,1165 R²,988,9835 EMR (%) 9,97 9,15 Na Tabla ncontram-s os parâmtros obtidos no ajust das isotrmas na tmpratura d 55ºC. O modlo d BET foi o mais adquado para rprsntar o comportamnto dos dados xprimntais para os dois matriais (EMR<1%, R²>,98), a capacidad stimada por l foi d 13 mg g -1 para a casca d arroz sm tratamnto 8,8 mg g -1 para a msma tratada com fluido suprcrítico, indicando um aumnto d 11%, favorávl ao uso do tratamnto. Em gral, acapacidad da casca d arroz m rcuprar cobalto aumntou com o tratamnto suprcrítico m todos os studos ralizados. Ess fito pod sr xplicado plas altraçõs struturais no matrial aumnto da ára suprficial, os quais foram causados pla alta prssão intraçõs com o solvnt. 4. CONCLUSÃO Tndo m vista os rsultados alcançados nst trabalho, conclui-s qu o tratamnto utilizando CO suprcrítico é bnéfico para o matrial adsorvnt utilizado, aumntando a capacidad da casca d arroz d rmovr cobalto d soluçõs aquosas.pod-s obsrvar, através dos parâmtros d rgrssão ncontrados nas Tablas 1, qu o comportamnto cinético adaptou-s mlhor ao modlo d psudo-sgunda ordm, nquanto qu o modlo BET mostrou-s o mais adquado para os dados do quilíbrio. A máxima capacidad d adsorção aumntou 11% para o matrial tratado m rlação ao sm tratamnto. 5. REFERÊNCIAS ORLANDO, U. S. t al. Prparation of agricultural rsidu anion xchangrs and its nitrat maximum adsorption capacity.chmosphr, v. 48,. SAFA, Y., BHATTI, H.N. Biosorption of Dirct Rd-31 and Dirct Orang-6 dys by ric husk: Application of factorial dsign analysis.chmical Enginring Rsarch and Dsign, v. 798, 11. SANTOS, J. C. dos.extração com fluido suprcrítico suas aplicaçõs na obtnção d produtos naturais f. Trabalho d conclusão d curso(graduação m Farmácia) Univrsidad Fdral do Rio Grand do Sul, Porto Algr, 11.

7 SULAYMON, A. H. t al. Rmoval of lad coppr chromium and cobalt ions onto granular activatd carbon in batch and fixd-bd adsorbrs.chmical Enginring Journal, v. 155, p. 647, 9. VIEIRA, M. G. A. t al. Charactrization and us of in natura and calcind ric husks for biosorption of havy mtals ions from aquous fflunts.brazilian Journal of Chmical Enginring, v. 9, p. 619, 1.