A eletrodiálise é uma operação unitária na qual a separação parcial

OBTENÇÃO DE ÁGUA PARA FINS DE ANÁLISES ATRAVÉS DE UM SISTEMA
COMPOSTO POR MEMBRANAS ELETRODIALÍTICAS E RESINAS TROCADORAS
DE ÍONS
José Izaquiel Santos da Silva1 [email protected]
Edilailsa Januário de Melo2 [email protected]
Kepler Borges França3 [email protected]
1
Discente do curso de Engenharia Química - UFCG
Discente do curso de Engenharia Química - UFCG
3
Professor da Unidade Acadêmica de Engenharia Química - UFCG
2
RESUMO
A eletrodiálise é uma operação unitária na qual a separação parcial dos
componentes de uma solução iônica é induzida por uma corrente elétrica em
função da quantidade de íons dissolvidos no meio. O seu princípio baseia-se
numa série de membranas catiônicas e aniônicas arranjadas alternadamente
entre dois eletrodos. Cada membrana é separada, uma da outra, por
espaçadores formando compartimentos individuais. Quando uma solução
iônica é bombeada através desses compartimentos sob efeito de uma
diferença de potencial entre os eletrodos, os cátions migrarão para o cátodo,
atravessando a membrana catiônica e em seguida serão retidos pela
membrana aniônica. Por outro lado, os ânions tomam o caminho oposto em
direção ao ânodo, após atravessar a membrana aniônica, ficarão retidos pela
membrana catiônica. O resultado final será um aumento da concentração de
íons em compartimentos alternados e uma redução na concentração dos íons
nos compartimentos restantes, resultando na formação de duas correntes: uma
diluída e outra concentrada. A purificação de água através de resinas de troca
iônica é chamada de desmineralização. Esse processo remove praticamente
todos os íons presentes em uma água, através de resinas catiônicas e
aniônicas. As resinas possuem a capacidade de trocar cátions e ânions
dissolvidos na água de alimentação por íons H+ e ânions OH- encontrados nas
resinas. Quando a troca ocorre, os íons H+ e OH- são liberados na água que se
encontra em contato com a resina e reagem entre si como forma de neutralizar
a água purificada formando, a cada instante, uma nova molécula de água. O
objetivo desse trabalho foi produzir água de baixa condutividade elétrica para
fins de análises laboratoriais, onde o mesmo foi desenvolvido no Laboratório de
Referência em Dessalinização (LABDES) da Universidade Federal de Campina
Grande (UFCG). Os resultados mostraram que o reator teve um bom
desempenho. A condutividade elétrica do concentrado permaneceu sempre
maior do que a do produto em todos os casos estudados. Verificou-se que a
densidade de corrente procurou manter-se constante ou tendia ao aumento do
seu valor. Verificou-se que o pH do produto tendeu a ficar constante.
Palavras-Chave: membranas, resinas, água, dessalinização.
GETTING WATER FOR ANALYSIS BY A SYSTEM COMPOSED OF MEMBRANES
ELECTRODIALYSIS AND ION EXCHANGE RESINS
ABSTRACT
The electrodialysis is a unit operation in which the partial separation of the
components of an ionic solution is driven by an electric current depending on
the amount of dissolved ions in the middle. Its principle is based on a series of
cationic and anionic membranes alternately arranged between two electrodes.
Each membrane is separate from one another by spacers forming individual
compartments. When an ionic solution is pumped through these compartments
under the influence of a potential difference between electrodes, the cations
migrate to the cathode across the cation membrane and then be retained by the
anion membrane. Furthermore, the anions take the opposite path toward the
anode, after crossing the membrane anion, will be retained by the cationic
membrane. The end result will be an increased concentration of ions in
alternating compartments and a reduction in the concentration of ions in other
compartments, resulting in the formation of two streams: one dilute and one
concentrate. Water purification through ion exchange resins is called
demineralization. This process removes virtually all ions present in a water
through cationic and anionic resins. The resins have the ability to exchange
cations and anions dissolved in water supply by H + and OH-anions found in
the resins. When the exchange occurs, the H + and OH-are released into the
water that is in contact with the resin and react with each other as a way to
neutralize the purified water to form, at every moment, a new water molecule.
The aim of this work was to produce water of low electrical conductivity for
laboratory analysis, where it was developed in the Reference Laboratory for
Desalination (LABDES), Federal University of Campina Grande (UFCG). The
results showed that the reactor had a good performance. The electrical
conductivity of the concentrate was always greater than the product in all cases
studied. It was found that the current density sought to remain constant or
tended to increase in value. It was found that the pH of the product tended to be
constant.
Keywords: membranes, resins, water, desalination.
INTRODUÇÃO
A eletrodiálise é um processo de separação eletroquímica no qual,
membranas semipermeáveis e uma diferença de potencial são usadas para
separar espécies iônicas de uma solução aquosa. Presentemente, este
processo
é
amplamente
utilizado
para
dessalinizar
águas
salobras.
Estimuladas pelo desenvolvimento de novas membranas com melhor
seletividade, baixa resistência elétrica, e melhores propriedades térmicas,
químicas e mecânicas, outras aplicações da eletrodiálise tem obtido um amplo
campo de interesse mundial (Escudier, Cottereau, & Moutounet, 1989).
2
Trata-se de uma tecnologia de separação que, em geral, não envolve
mudança de fase, o que significa uma economia no consumo de energia,
principalmente se comparado aos processos tradicionais. A dessalinização de
águas através da eletrodiálise ocorre devido a uma diferença de potencial
elétrico nas superfícies de membranas bipolares. Esse tipo de membrana
promove eletricamente a difusão acelerada de cátions e ânions através das
superfícies das membranas gerando durante o processo, dois efluentes: um
com elevada concentração de sais (água concentrada) e outro com uma baixa
concentração de sais (água diluída ou dessalinizada).
A purificação de água através de resinas de troca iônica é chamada de
desmineralização. Este processo remove praticamente todos os íons presentes
em uma água, através de resinas catiônicas e aniônicas (Filho, 1983). A
aplicação de resinas tem se difundido bastante devido a sua gama de
aplicabilidade. As resinas são bastante utilizadas em indústrias, na purificação
de águas para a alimentação de caldeiras, obtenção de água pura para
química fina, extração de materiais orgânicos, extração de colóides,
dessalinização de águas, extração de metais pesados (Pohl, 2006).
O desenvolvimento tecnológico da qualidade das resinas catiônicas e
aniônicas com relação à seletividade e sua capacidade de troca têm sido
estudados e cada vez mais difundidos (Applebaum, 1969). A extração de sais
por resinas de troca iônica é uma tecnologia que não envolve mudança de
fase, o que significa uma economia no consumo de energia, principalmente
comparada aos processos tradicionais (Silva, 2004), toda a água que alimenta
o sistema é convertida em água purificada, eliminando a possibilidade de
produção de um subproduto não desejado e seu processo de recuperação é
simples e barato.
O princípio da eletrodiálise baseia-se numa série de membranas
catiônicas e aniônicas arranjadas alternadamente entre dois eletrodos, como é
mostrado na Figura 01. Cada membrana é separada, uma da outra, por
espaçadores formando compartimentos individuais. Quando uma solução
iônica é bombeada através desses compartimentos sob efeito de uma
diferença de potencial entre os eletrodos, os cátions migrarão para o cátodo,
atravessando a membrana catiônica e em seguida serão retidos pela
membrana aniônica. Por outro lado, os ânions tomam o caminho oposto em
3
direção ao ânodo, após atravessar a membrana aniônica, ficarão retidos pela
membrana catiônica. O resultado final será um aumento da concentração de
íons em compartimentos alternados e uma redução na concentração dos íons
nos compartimentos restantes, resultando na formação de duas correntes: uma
diluída e outra concentrada (Strathmann, 1992).
Figura 01: Sistema eletrodialítico convencional (C = membrana catiônica e A = membrana aniônica).
As membranas seletivas são as partes mais sensíveis do sistema
eletrodialítico e requerem cuidados especiais.
As membranas seletivas aos cátions têm a sua matriz geralmente feita
de poliestireno de cadeia cruzada que é sulfonada com grupos sulfônicos
presos ao polímero. As membranas aniônicas são de poliestireno de cadeia
cruzada contendo grupos de amônia quaternária presos ao polímero.
As membranas bipolares têm se destacado recentemente como uma
eficiente ferramenta para produção de ácidos e bases a partir de seus
correspondentes sais, devido à capacidade de promover eletricamente uma
acelerada dissociação da molécula da água (Strathmann, 1992). O processo
que já é bastante difundido é economicamente viável e tem um grande número
de interessantes aplicações técnicas (Liu, Chlanda & Nagasubramanian, 1977).
Até o momento, entretanto, o uso de membranas bipolares em larga escala
técnica tem sido até certo ponto limitado pela disponibilidade de membranas
eficientes.
A principal estrutura de uma membrana bipolar e sua função é ilustrada
na Figura 02. Esta figura mostra uma membrana catiônica e uma membrana
aniônica dispostas em paralelo entre dois eletrodos, semelhante à eletrodiálise
4
convencional. Se uma solução de cloreto de sódio é colocada entre estas
membranas e uma diferença de potencial é aplicada, todas as espécies iônicas
serão removidas da solução. Quando não houver íons sódio e cloro na solução
o transporte de cargas elétricas através das membranas é realizado
exclusivamente pelos prótons e, íons hidroxila, os quais estão dispostos na
água pura numa concentração de 10-7 mol/l, devido ao equilíbrio de
dissociação da água. A condutividade da água deionizada é muito baixa e para
reduzir a alta resistência elétrica das camadas entre as duas membranas de
troca iônica é necessário aproximar uma da outra, formando a membrana
bipolar como ilustrado na Figura 02.
Figura 02: Princípio da membrana bipolar (mtc – membrana de troca catiônica, mta – membrana de
troca aniônica) (Krol, 1997).
Os íons prótons e hidroxilas migram em direções opostas para fora da
membrana bipolar sob a influência de um campo elétrico aplicado. Íons prótons
e hidroxilas, removidos da interfase, são regenerados de acordo com o
equilíbrio de dissociação da água. Água removida da interface é reabastecida
pela difusão da água da solução externa através das camadas carregadas se
encontram. A característica importante da membrana bipolar é que a
dissociação da água ocorre muito mais rápida do que o esperado pelo
equilíbrio ordinário de dissociação da água (Krol, 1997). Se a dissociação da
água for contínua, uma solução alcalina é formada do lado da membrana
5
aniônica e uma solução ácida é formada do lado da membrana catiônica, na
membrana bipolar.
As membranas bipolares podem ser preparadas pela simples
justaposição das convencionais membranas catiônica e aniônica, dispostas
uma atrás da outra (Leitz, 1972). A diferença de potencial total depende da
densidade de corrente aplicada, da resistência das duas membranas e da
resistência da solução entre elas. Devido à resistividade da água destilada ser
muito alta, a distância entre as membranas de polaridades opostas deve
aproximar-se de zero. As membranas bipolares, freqüentemente, não
apresentam uma estabilidade química satisfatória para altos valores de pH e
algumas vezes a capacidade de dissociação da molécula da água decresce
(Strathmann, 1992).
Existem dois tipos de membranas bipolares produzidas atualmente: a
membrana bipolar simples e a de múltiplas camadas.
As membranas bipolares simples são preparadas mediante a aplicação
de uma cobertura seletiva a cátions numa membrana aniônica previamente
preparada (Bauer, Gerner & Strathmann, 1988).
As membranas bipolares com múltiplas camadas são fabricadas
através da junção das membranas catiônicas e aniônicas. Uma camada
especial na interface conduz a uma perfeita membrana bipolar (Leitz, 1972).
A distribuição da corrente elétrica sobre a área ativa das células
eletrodialíticas é realizada pelos eletrodos colocados nas extremidades do
reator. A área efetiva da membrana está relacionada com a área disponível do
eletrodo, ou seja, ambas devem possuir a mesma área. Normalmente os
eletrodos são de metal liso ou flocos de carbono. Entre cada eletrodo e a
primeira membrana bipolar ocorre a formação de um compartimento, que se
denomina como compartimento eletródico ou de lavagem. Onde, durante o
processo da eletrodiálise, uma solução de ácido nítrico passa através de um
processo contínuo, com o objetivo de carrear os íons que possam atravessar
as membranas e os gases formados (Howe, 1974).
A corrente elétrica que flui externamente é devido ao fluxo de elétrons
nos fios condutores, enquanto que, no interior do reator a corrente é eletrolítica,
ou seja, devido à migração dos íons na solução. Essa transferência de elétrons
6
do circuito externo para os íons na solução é realizada através das reações
que ocorrem nos eletrodos (Davis, 1988).
As reações anódicas causam a dissolução ou oxidação do eletrodo,
reduzindo a sua eficiência e destruindo sua estrutura rapidamente. O uso de
metais resistentes às condições oxidativas como a platina, evitam o desgaste
do eletrodo. Como a platina possui um alto custo, outros tipos de materiais
podem ser usados, como o titânio ou o tântalo com uma camada de platina
sobre a superfície do metal.
As membranas são separadas umas das outras por espaçadores. A
distância entre as membranas e a espessura da célula precisa ser tão pequena
quanto possível, para minimizar os efeitos da resistência elétrica (Strathmann,
1992). A maioria dos reatores industriais apresenta uma distância entre as
membranas na faixa de 0,5 a 2,0 mm (Mintz, 1963).
Segundo Howe (1974), há dois modelos de espaçadores por onde a
solução pode fluir pela superfície da membrana:
ÎO de fluxo linear ou “flow sheet”
ÎO de fluxo tortuoso
Nos espaçadores de fluxo tortuoso a solução percorre pela membrana
na forma de labirinto. A solução toma várias curvas de 180o entre a entrada e a
saída, localizadas em pontos opostos ou no centro. Estes espaçadores
possuem tiras cruzadas nos canais de fluxo que promovem a turbulência.
Nos espaçadores de fluxo linear uma rede plástica ou tela promove a
turbulência. A solução flui em uma linha reta relativa a partir da entrada até a
saída, que estão localizadas em lados opostos (Applegate, 1984).
O reator eletrodialítico em estudo possui espaçadores de fluxo linear
entre as membranas eletrodialíticas.
A densidade de corrente J (A/cm2) provocada pelo movimento das
espécies químicas no interior do reator durante a eletrodiálise é igual à soma
das parcelas correspondentes a todas as espécies iônicas presentes, e pode
ser fornecida através da Equação (1):
J=
I
Ae
(1)
Onde: I = corrente lida durante a dessalinização em Ampéres.
7
Ae = área efetiva da membrana em cm2.
A resistência de um par de células é devido basicamente à resistência
da solução salina e à resistência das membranas. A resistência da membrana
é uma função da natureza dos íons envolvidos, da concentração média desses
íons na solução próximos da membrana, bem como da temperatura do sistema
(Winger, 1955).
A resistência elétrica da membrana bipolar por sua vez seria a soma
das resistências das camadas de cargas opostas (aniônica e catiônica) e a
resistência da interface entre as membranas (Mani, 1988).
De uma forma geral, a resistência total de um sistema eletrodialítico
pode ser determinada pela lei de Ohm, onde o potencial de um sistema elétrico
é igual ao produto da corrente e da resistência do sistema (Meller, 1984), como
a Equação (2):
Rt =
V
I
(2)
Onde: Rt = resistência total do sistema em ohm.
V = potencial elétrico aplicado aos eletrodos em volts.
I = corrente lida em ampéres.
Um trocador iônico é constituído por um material poroso inerte, natural e
sintético, praticamente insolúvel em água e em solventes orgânicos, que
apresenta cargas elétricas em sua estrutura, contrabalanceadas por íons de
carga oposta (Almeida, 1999). A troca de íons entre a resina e a solução
externa é relativamente rápida, onde o volume de equilíbrio tem sido medido e
utilizado para avaliar a capacidade e a afinidade de troca com íons (Tamura,
2004). Mas é preciso observar que a capacidade de troca da resina depende
das condições de operação do sistema, da qualidade da água que entrará em
contato com a resina e com a qualidade da água desejada.
Os grupos funcionais iônicos que irão ser substituídos posteriormente
pelos íons a serem retirados do efluente são geralmente introduzidos por
reação da matriz polimérica com um composto químico que contenha o grupo
8
desejado. A capacidade de troca é determinada pelo número de grupos
funcionais por unidade de massa da resina. O desempenho e economia da
troca iônica estão relacionados com a capacidade da resina para captar íons e
com a quantidade de regenerante requerida. A Foto 01, logo a seguir, mostra
uma quantidade de uma resina do tipo gel pronta para ser utilizada.
Foto 01. Resina de troca iônica tipo gel convencional.
Foto retirada do site: http://www.power-technology.com/contractors/environmental/graver2/graver25.html
acessado em 14/04/2006
O processo de troca iônica é simples, os grupos funcionais encontrados
na resina são transferidos para a água enquanto os íons dissolvidos na mesma
ficam retidos nas superfícies da resina. A Figura 03 mostra uma diagramação
simples desse processo durante a purificação da água.
Figura 03. Processo de troca iônica em uma resina catiônica e em uma resina aniônica.
9
Para fins de “amolecimento” (softening) da água, algumas resinas de
troca iônica funcionam apenas para retirarem a dureza da água com relação às
concentrações de cálcio e magnésio trocando-os por íons sódio [Applebaum
1969 & Wikipedia, 2006]. Esses tipos de resina foram as primeiras a serem
comercializadas para fins industriais e domésticos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para o Sistema de Eletrodiálise:
Policloreto de Vinila (PVC) de 1(um) cm de espessura; Teflon de 1 mm
de espessura; Placas de Titânio de 1 mm de espessura; Parafusos de Cobre
de 3/8 polegada; Membranas eletrodialíticas do tipo K-101 (catiônicas) e A-201
(aniônicas) da ASAHI CHEMICAL CO., Japão. ; Válvulas de passagem DECA
½ polegada; Tubos e conexões em PVC de ½ polegada; Tubos plásticos;
Recipientes de plásticos com capacidade de 10, 20 e 50 litros; Recipientes
plásticos com cerca de 40 ml para amostragens; Vidrarias para análise físicoquímica.
Para a Coluna de Resina Mista:
Tubulações de Policloreto de Vinila (PVC) de (1/2) cm de espessura de 8
cm de diâmetro; Válvulas de passagem DECA ½ polegada; Tubos e conexões
em PVC de ½ polegada; Tubos plásticos; mangueiras de plásticos de ¼ de
polegada; Recipientes plásticos com cerca de 40 ml para amostragens;
vidrarias para analise físico-química.
INSTRUMENTAÇÃO
Para o Sistema de Eletrodiálise:
Fonte
retificadora
modelo
6545A
(0-120V/
0-1,5ª)
da
Agilent;
Condutivímetro modelo 600 da Analyser; Cronômetro; Rotâmetros; pHmetro
digital PG1000 da GEHAKA; Bombas centrífugas 1/20 HP modelo 1.5
Sulplastic; Bomba de imersão 1/200 HP modelo Better – 650.
10
Para a Coluna de Resina Mista:
Bomba de água ½ HP da DANCOR; Condutivímetro modelo 600 da
Analyser; Cronômetro; Rotâmetros; pHmetro digital PG1000 da GEHAKA.
Produtos químicos
Ácido Nítrico da CHEMCO
Água dessalinizada
Água deionizada
Cloreto de Sódio (NaCl) P.A da MERCK
METODOLOGIA
Sistema Eletrodialítico
O sistema eletrodialítico é constituído pelo reator eletrodialítico, fonte de
alimentação elétrica, sistema hidráulico e equipamentos de medidas e registros
de dados, de acordo com a Figura 04. Para esta etapa do projeto, trabalhamos
apenas com membranas monopolar.
Figura 04. Sistema eletrodialítico.
O Sistema eletrodialítico é composto das seguintes unidades:
Fonte elétrica, R-reator eletrodialítico, TA-tanque de alimentação (NaCl),
TL – tanque de lavagem, TP – tanque do produto, TC – tanque do concentrado,
Rt – rotâmetros, A – amperímetro, V – voltímetro.
O reator eletrodialítico é o principal componente deste sistema, contendo
um total de dez membranas, sendo cinco catiônicas e cinco aniônicas. As
membranas são dispostas alternadamente entre dois eletrodos do reator na
seguinte ordem: catiônica e aniônica. Entre cada membrana são colocados os
11
espaçadores de PVC e o teflon, que conduzem o fluxo liquido por entre as
membranas eletrodialíticas, proporcionando uma área de troca iônica de 330
cm2. Entre as membranas ocorre a entrada da solução de cloreto de sódio,
NaCl, impulsionada por bombas centrifugas dos tanques de entrada.
Durante a eletrodiálise, formam-se os seguintes compartimentos: água
dessalinizada ou diluída e o concentrado.
Os eletrodos utilizados para o cátodo e o ânodo são feitos com placas
de titânio com um milímetro de espessura, revestidos por uma camada de
cinco milímetros de platina. O conjunto formado por eletrodos, membranas e
espaçadores é pressionado entre placas de PVC de 10 mm de espessura, por
parafusos de cobre.
Entre cada eletrodo e a membrana vizinha existe um compartimento
denominado de compartimento eletródico, com a finalidade de receber um fluxo
continuo de uma solução de ácido nítrico (pH = 3), com o objetivo de lavar as
paredes dos eletrodos, evitando a formação de incrustações e para aumentar a
densidade de corrente nos mesmos e também carrear gases hidrogênio e cloro
formados no cátodo e ânodo, respectivamente.
O reator em estudo apresenta, inicialmente, duas entradas e duas
saídas, onde uma delas é dirigida para o produto diluído ou água dessalinizada
e a outra para a solução salina de NaCl.
Coluna de Resina de Troca Iônica
Após
o
processo
de
dessalinização
por
eletrodiálise,
a
água
dessalinizada produzida passou por um “polimento” em uma coluna de resina
mista de troca iônica, obtendo-se uma água com elevada pureza para
aplicações
em
procedimentos
analíticos
laboratoriais.
O
Concentrado
produzido no processo de eletrodiálise foi reaproveitado em um sistema de
reciclo do concentrado para a alimentação do eletrolizador.
A Figura 05 ilustra uma visão geral de como ocorre o processo de
dessalinização das soluções de NaCl e o “polimento” na água produzida.
12
Coluna de
resina mista
Taque de alimentação
(Água dessalinizada).
pelo processo de eletrodiálise)
Sistema de
eletrodiálise
Tubulação
Água
dessalinizada
Alimentação
Sentido do fluxo
de alimentação
Concentrado
Suporte da
coluna
Taque de
Água
deionizada
Válvula
Bomba centrífuga
Figura 05. Sistema híbrido de dessalinização de águas.
Procedimento Experimental
Foram realizadas várias bateladas com várias concentrações. Neste
trabalho enfatizamos os resultados referentes à bateladas com a solução de
concentração 2000 mg/L. A qual foi realizada sob um efeito de um potencial
elétrico de 12 volts à temperatura ambiente. Ao final de cada batelada, o reator
eletrodialítico foi lavado com água deionizada
As amostras foram submetidas à passagem pela coluna de resinas de
troca iônica para, assim, fosse obtida água com condutividade elétrica baixa,
de valores próximos de zero.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Efeito da condutividade elétrica
O gráfico 01 representa o comportamento da condutividade elétrica do
efluente do produto e do concentrado em função do tempo, com o reator
trabalhando em bateladas realizadas com uma de NaCl de 2000 mg/L.
Pode-se observar que a condutividade elétrica do concentrado é sempre
maior do que a condutividade elétrica do produto em todos os casos
13
estudados. Em função do potencial elétrico aplicado ocorre o transporte iônico
para os compartimentos do produto e concentrado.
200
180
K (µS)
160
140
Concentrado
120
Produto
100
0
50
100
t (min)
Gráfico 01 – Condutividade elétrica em função do tempo, para a batelada realizada
com uma solução de NaCl a 2000 mg/L e V = 12 V.
Efeito da densidade de corrente
A densidade de corrente é um parâmetro que representa o potencial do
transporte iônico no interior do reator, o qual pode decrescer ou crescer em
função do caminho hidrodinâmico oferecido pelos compartimentos, pela
diferença de potencial aplicada e também pela concentração das espécies
iônicas
presentes
[Strathmann,
1992].
O
gráfico
02
representa
o
comportamento da densidade de corrente em função do tempo.
1 5
1 4
1 3
1 1
1 0
9
8
7
(1 0
6
5
J
-4
A /c m
2
)
1 2
3
4
2
1
0
0
2 0
4 0
T e m
6 0
p o
( m
8 0
1 0 0
in )
Gráfico 02 - Densidade de corrente elétrica em função do tempo, para a batelada
realizada com uma solução de NaCl a 200 mg/L e V = 12 V.
À medida que o transporte iônico ocorre entre as membranas
eletrodialíticas, a densidade de corrente tende a aumentar.
14
Considerações sobre o efeito do pH
O gráfico 03 é referente ao potencial hidrogeniônico em função do tempo
para a corrente do concentrado e o produto.
Com o aumento da concentração de NaCl, ou seja, da solução de
alimentação, o pH para a corrente do produto
e do concentrado sofre
pequenas variações. Observa-se que o valor do pH tende a aumentar para o
produto e diminuir para o concentrado.
1 0
8
6
p H
c o n c e n t r a d o
p r o d u t o
4
2
0
0
1 0
2 0
3 0
T e m
4 0
p o
5 0
( m
6 0
7 0
8 0
in )
Gráfico 03 – Potencial hidrogeniônico em função do tempo, para a batelada realizada
com uma solução de NaCl a 2000 mg/L e V = 12 V.
Considerações sobre as resinas
A solução, depois de submetida às resinas, passou a possuir pH
constante em torno de 7. Bem como, apresentou condutividade baixíssima,
com valores abaixo de 0,3mS.
CONCLUSÕES
Concluise, portanto, que a variação da condutividade elétrica do produto
e do concentrado depende da concentração inicial da solução. A densidade de
corrente para o caso estudado tem seu valor aumentado em função da
concentração. A variação do pH do produto e do concentrado depende da
concentração da solução de alimentação, da velocidade da solução no interior
do reator e conseqüentemente do potencial aplicado durante o processo.
15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ALMEIDA, ALEX M. DE, A Resina de Troca Iônica Como Extrator
Multielementar em Análise de Solos Para Fins de Fertilidade. 1999.
Dissertação (Mestrado no Instituto de Química, Departamento de
Química Analítica), Universidade Estadual de Campinas, São Paulo.
122p.
2. APPLEGATE, L., Electrodialysis , Chemical Engineering, 21 (12), 77-88,
junho,1984.
3. APPLEBAUM, SAMUEL B., Demineralization By Íon Exchange In
Water Treatmente Ande Chemical Processing Of Other Liquids, Ed.
Academi Press, New York and London. p. 1-5. Second printing 1969.
4. BAUER, B., GERNER, F. J. & STRATHMANN, H., Development of
bipolar membranes, Desalination, v 68, p 279-292, 1988.
5. COTEC, 6a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, Tratamento
de Efluentes e Destinação dos Resíduos de Ensaios por Líquidos
Penetrantes.
http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material/PDF/COTE166.PDF,
Acessado em 14/04/2006.
6. DAVIS, T. A., Electrodialysis, Handbook of Industrial Membrane
Technology, In Mark C. Porter (ed.), ch. 8, p 482-510, 1988.
7. ESCUDIER, J. L., COTTEREAU, P. & MOUTOUNET, M., Electrodialysis
Applications in the Treatment of Grape Musts, Bull. O.I.V., v 62, p 695696, 1989.
8. FILHO, D. F. DOS SANTOS, Tecnologia de Tratamento de Água, Ed.
Livraria NOBEL, 2ª. Edição, 1983. Pág. 60.
16
9. HOWE, E. D., Fundamentals of water desalination , Environmental
Science and Technology Series, New York, Marcel Dek Ker, 1974.
10. Krol, J. J., Monopola and bipolar ion exchange membranes – Mass
transport limitations, Ph.D. thesis, University of Twente (1997).
11. LACEY, R.E. Handbook of separation technics for chemical engineers ,
New York, Mc Graw-Hill Book Company, 1979.
12. LEITZ, F. B., Apparatus for electrodialysis of electrolytes employing
bilaminar ion-exchange membranes, U. S. patent 3, 654, 125, 1972.
13. LIU, K. J., CHLANDA, F. P. &. NAGASUBRAMANIAN, K., Use of bipolar
membranes for generation of acid and base – An
engineering and
economic analysis, Journal of Membrane Science, v 2, n 2, p 109, 1977.
14. MANI, K. N. Electrodialysis Water Splitting Technology. Journal of
Membrane Science, 1991. 58:117-138.
15. MANI, K. N., CHLANDA, F. P. & BYSZEWSKI, C. H., AQUATECH
membrane technology for recovery of acid/acid values from salt streams,
Desalination, v 68, p 149-166, 1988.
16. MELLER, F. H., Electrodialysis (ED) & electrodialysis reversal (EDR)
technology, Ionics Incorporated, March, 1984.
17. MINTZ, M. S., Electrodialysis principles of process design, Industrial and
Engineering Chemistry, v 55, n 18, p 18-28, 1963.
18. POHL, PAWEL, Application of Ion-Exchange Resins to The
Fractionation of Metals in Water, Trends in Analytical Chemistry,
Vol. 25, No. 1, 2006.
17
19. SILVA, S. K., Aumento da Vida Útil de Sistemas de Dessalinização
no Campo: Análise, Manutenção e Monitoração Remota, 2004.
Dissertação (CTHidro – CNPq ), Graduação em Engenharia Química –
Centro de Ciências e Tecnologoa, Universidade Federal da Paraíba,
Campina Grande. 60p. Pág. 4-5.
20. STRATHMANN, H. Electrodialysis and Related Processes. In: Workshop
CEE- Brazil on Membrane Separation Processes. Rio de Janeiro, 1992.
p. 334-437.
21. TAMURA, H., Theorization on ion-exchange equilibria: activity of
species in 2-D phases, Journal of Colloid and Interface Science, 279
(2004) 1–22
22. WINGER, G. W.; BODAMER, R. K.; PRIZER, C. J. & HARMON,
G.W. “ Eletrodialysis of water using a multiple membrane cells”,
Industrial and Engineering Chemistry , 47 (1), 1955.
18