argilas organofílicas e carvão ativado

ADSORÇÃO DE GASOLINA E DIESEL POR DIVERSOS ADSORVENTES
(ARGILAS ORGANOFÍLICAS E CARVÃO ATIVADO)
Anna Karoline Freires de Sousa¹, Guilherme Costa de Oliveira2, Aline Cadigena Lima Patrício2,
Marcílio Máximo da Silva2, Meiry G. F. Rodrigues 2
1
Química Industrial,UEPB, [email protected]
2 LABNOV/UAEQ/CCT/UFCG, [email protected]
Resumo
Neste estudo argilas nacionais do tipo verde e chocolate A foram modificadas
através de tratamento químico (organofilização) para uso na remoção de
contaminantes orgânicos. Além das argilas, o carvão ativado também será usado, que
é o adsorvente comercial mais utilizado, porém seu uso é limitado devido ao seu alto
custo. Por este motivo é importante buscar materiais alternativos e economicamente
viáveis, como é o caso de argilas organofílicas. Foram realizados testes de
capacidade em solventes orgânicos com todos os adsorventes (gasolina e diesel). Os
resultados obtidos mostram que as argilas organofílicas (verde e chocolate A),
apresentaram maior capacidade de adsorção nos solventes testados (gasolina e
diesel) quando comparadas com as argilas naturais (verde e chocolate A). Ao
comparar os resultados da capacidade de adsorção do carvão ativado com as argilas
organofílicas, verifica-se que as referidas argilas foram mais eficientes.
Palavras chave: argilas organofílicas, carvão ativado, adsorção, gasolina, diesel.
Introdução
Os graves problemas ambientais gerados pelo aumento considerável dos
descartes de efluentes industriais contaminados, aliados às leis ambientais cada vez
mais rigorosas, estimulam as pesquisas nesta área, visando a obtenção de métodos
alternativos de baixo custo e mais eficientes no tratamento de águas e despejos.
Dentre alguns métodos, a adsorção recebe uma considerável atenção porque é
altamente eficiente para a remoção dos efluentes. Embora existam muitos adsorventes
usados no processo de adsorção, o carvão ativado é o mais comumente usado no
tratamento de efluentes em todo o mundo (S. Veli, 2005). Entretanto, o alto custo
restringe o seu uso. Por esta razão, muitos estudos têm sido realizados a fim de
descobrir adsorventes efetivos e de baixo custo (R. Naseem, 2001; S. Babel, 2003).
Com isso as argilas vem sendo utilizadas como um método alternativo.
Argilas são materiais naturais, terrosos, de granulação fina e formadas
quimicamente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio. São constituídas
por partículas cristalinas extremamente pequenas, de um número restrito de minerais
conhecidos como argilominerais, podendo conter ainda matéria orgânica, sais
solúveis, partículas de quartzo, pirita, calcita, outros minerais residuais e minerais
amorfos (P. de Souza Santos, 1989).
Carvão ativado é um adsorvente cabonáceo com uma alta porosidade interna
e, portanto grande superfície interna, com valores variando entre 500 e 1500 m²/g
(Norit, 2011). Exibem uma capacidade de adsorção considerável para vários
poluentes, sejam orgânicos ou inorgânicos (Razvigorova, 1997)
Este trabalho teve por finalidade avaliar a capacidade de adsorção de cada
adsorvente (argila verde natural, argila verde organofílica, argila chocolate A natural,
argila chocolate A organofílica e carvão ativado) e compará-las. Os testes de
capacidade de adsorção foram realizados usando os solventes orgânicos: gasolina e
óleo diesel.
Material e Métodos
O carvão ativado comercial foi fornecido pela Empresa Norit.
Preparação das argilas organofílicas
Utilizou-se na preparação de argilas organofílicas, as argilas policatiônicas
verde e Chocolate A, fornecidas pela Bentonisa, nas suas formas brutas, peneiradas
em peneira ABNT 200 (0,074 mm), sem modificação das propriedades químicas.
Utilizou-se o sal quaternário de amônio comercial denominado Cloreto de estearil
dimetil amônio (Praepagen WB) com a relação argila/sal igual a 100 meq/100 g de
argila (Pereira, 2005). Especificações do sal (Praepagen WB): [(CH 3)2(C18H37)2N+] Cl-,
fornecido pela Clariant.
Para a preparação da argila organofílica seguiu-se duas etapas: na primeira, a
argila verde policatiônica foi transformada para forma sódica utilizando uma dispersão
aquosa com concentração de 4% em peso de argila desagregada e moída.
Acrescentou-se à dispersão aquosa uma solução de carbonato de sódio concentrado
na proporção de 100 meq/100 g de argila seca, sob agitação constante e aquecimento
até 95 ºC, após o aquecimento o material permaneceu em agitação por 30 minutos; na
segunda etapa adicionou-se a solução de sal quaternário de amônio Praepagen WB a
25%, e após adição completa do sal, agitou-se por 30 minutos. Foi utilizada água
destilada para retirar o excesso de sal durante a filtração a vácuo. Ao término da
filtração, os sólidos obtidos foram secos em estufa a (60 ± 5) ºC por 24 horas e
desagregados e peneirados em peneira ABNT 200 (0,074 mm).
Capacidade de adsorção
O teste de capacidade de adsorção identifica a eficiência da argila em adsorver
compostos orgânicos. Este ensaio é fundamentado na norma “Standard Methods of
testing sorbent Performance of Absorbents” (ASTM F716-82 (16) e ASTM F726-99. O
presente teste é realizado empregando o seguinte método: inicialmente foi
confeccionada e pesada as cestas de aço inox malha ABNT 200, com abertura 0,005
mm, somado a 1 g da argila, essas cestas foram transferidas para um Becker
contendo cerca de 2 cm em profundidade dos solventes testado, onde estas
permaneceram sobre o solvente em repouso durante 15 minutos. Em seguida o
conjunto (cesta + argila) foi pesado igualmente.
A quantidade de solvente adsorvida foi calculada com base na seguinte
expressão (1):
Ad 
P1  P2  x100
P2
Em que: P1 é a massa do material após adsorção; P2 é a massa do material
adsorvente seco; Ad é a Capacidade de adsorção em gramas de solvente por gramas
de argila.
Resultados e Discussão
O teste de capacidade de adsorção tem como finalidade avaliar a capacidade
de adsorção dos adsorventes (argilas naturais, organofilizadas e o carvão ativado).
Utilizando a metodologia baseada nas normas ASTM F716-82 e ASTM F726-99. Essa
metodologia foi realizada em triplicata para as argilas visando obter resultados
precisos.
Os resultados referentes às análises de capacidade de adsorção para os
adsorventes são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Capacidade de adsorção em gramas de material adsorvido por grama de
adsorvente.
Solvente Argila verde
natural
Argila
verde
organofílica
Argila
Chocolate A
natural
Argila
Chocolate
A
organofílica
Carvão
ativado
Gasolina
0,820
2,548
1,00
5,914
1,18
Diesel
1,207
4,875
1,08
3,778
1,64
Analisando os dados da Tabela 1 é possível verificar que as argilas
organofílicas (verde e chocolate A) apresentam um melhor potencial de adsorção de
compostos orgânicos (gasolina e diesel) que as argilas naturais, nos respectivos
solventes.
Fazendo uma análise desses dados foi possível destacar:
Para a argila verde natural e organofílica:
A argila verde natural adsorveu os solventes orgânicos (gasolina e diesel), mas
a argila organofílica verde adsorveu mais diesel que gasolina.
Com relação ao solvente gasolina, a argila verde organofilizada adsorveu
210,7% a mais do que a argila na sua forma natural. No caso do solvente diesel,
houve um aumento de 303,9% na quantidade de material adsorvido pela argila.
É possível verificar que a argila verde organofilizada tem melhor potencial para
adsorção nos solventes orgânicos quando comparado com os resultados da argila
verde natural, com a seguinte ordem: diesel  gasolina.
O melhor resultado na adsorção tanto para argila verde natural quanto
organofílica foi obtido utilizando o solvente orgânico diesel.
Para argila chocolate A natural e organofílica:
Os resultados para a argila Chocolate A natural indica que tanto o solvente
gasolina quanto o diesel, os resultados são muito semelhantes. Baseado nos
resultados para a argila Chocolate A, apontam maior adsorção da gasolina, em
seguida, diesel.
Com relação ao solvente gasolina, a argila chocolate A organofilizada adsorveu
491,4% a mais do que a argila na sua forma natural. No caso do solvente diesel,
houve um aumento de 249,8% na quantidade de material adsorvido pela argila.
Comparação dos resultados das argilas organofílicas:
Ao comparar os resultados de capacidade de adsorção das argilas (Verde e
Chocolate A) com os obtidos por Rodrigues, 2010 identifica-se que a faixa encontrada
está de acordo.
Comparação carvão ativado x argila verde natural e organofílica
Os resultados indicam que a capacidade de adsorção do carvão ativado foi
superior a argila verde natural, tanto para o solvente gasolina quanto diesel.
Ao avaliar os resultados do carvão ativado e comparar com os resultados da
argila verde organofílica, verifica-se uma maior capacidade de adsorção da argila
organofílica. A argila adsorveu 115,9% mais gasolina do que o carvão ativado, o
mesmo pode ser observado para o diesel, onde a argila organofílica apresentou uma
adsorção superior ao carvão ativado, uma capacidade de adsorção superior a do
carvão em 197,3%.
Comparação carvão ativado x argila chocolate A organofílica
A partir dos resultados de capacidade de adsorção em diferentes solventes
orgânicos (gasolina e diesel) é possível verificar que as amostras de carvão ativado
têm menor potencial para adsorção em todos os solventes orgânicos quando
comparado com os resultados da argila Chocolate “A” organofílica, característica
desejada para usos ambientais.
Conclusões
Os resultados obtidos mostram que as argilas organofílicas (verde e chocolate
A), apresentaram maior capacidade de adsorção nos solventes testados (gasolina e
diesel) quando comparadas com as argilas naturais (verde e chocolate A).
Ao comparar os resultados da capacidade de adsorção do carvão ativado com
as argilas organofílicas (verde e chocolate A), verifica-se que as referidas argilas foram
mais eficientes.
Agradecimentos
Ao PIBIC/CNPq/UFCG pela bolsa de Iniciação Científica concedida, a Capes
pela bolsa de doutorado e à Petrobras pelo auxílio financeiro.
Referências Bibliográficas
BABEL, S.; KURNIAWAN T. A., Low-cost adsorbents for heavy metal uptake from
contaminated water: a review. J Hazard. Mater., 97(1-3), 219-243, 2003.
METCALF, G.; EDDY, H.; Wastewater Engineering: Treatment Disposal, and Reuse, 3rd
ed., McGraw-Hill, New York, 1991.
NASEEM, R.; TAHIR, S. S. Removal of Pb(II) from aqueous/acidic solutions by using
bentonite as an adsorbent. Wat. Res., 35, 16, 3982–3986, 2001.
PEREIRA, K. R. O.; HANNA, R. A.; VIANNA, M. M. G. R.; PINTO, C. A.; RODRIGUES, M. G.
F.; VALENZUELA-DIAZ, F. R. Brazilian organoclays as nanostructured sorbents of
petroleum-derived hydrocarbons. Materials Research, 8, 77-80, 2005.
RAZVIGOROVA, M.; BUDINOVA, T; PETROV, N; MINKOVA, V.; Purification of water by
activated carbons from apricot stones, lignites and anthracite. Wat. Res, 32, 2135-2139,
1998.
RODRIGUES, S. C. G.; RODRIGUES, M. G. F.; PEREIRA, K. R. O.;VALENZUELA-DIAZ, F. R.
Performance of organophilic Clay as adsorbent in the oil/water separation process.
Brazilian Journal of Petroleum and Gas. 4, 2, 2010.
SOUZA SANTOS, P.; Ciência e tecnologia das argilas. Ed. Edgard Blücher Ltda., São Paulo,
v.1, p.408, 1989.
STANDARD METHODS OF TESTING SORBENT PERFORMANCE OF ADSORBENTS
(ASTM) – Designations: F 726-99, F716-82.
VELI, S.; ÖZTÜRK, T. Kinetic modeling of adsorption of reactive azo dye on powdered
activated carbon and pumice. Fresenius Environ. 14, 212-218, 2005.