Adsorção de Líquidos em Sólidos Aplicando o Modelo de Freundlich

1. OBJETIVO

Estudar o fenômeno de adsorção de líquidos em sólidos aplicando o modelo de Freundlich.

2. INTRODUÇÃO

2.1. Carvão ativo

Dentre os vários adsorventes existentes no mercado, o experimento de interesse utiliza o carvão ativo. Quando duas fases imiscíveis são postas em contato, sempre ocorre que a concentração de uma fase é maior na interface do que no seu interior. A esta tendência de acumulação de uma substância sobre a superfície de outra damos o nome de adsorção.

Carvão ativado (ativo) é um carvão moído ou granular que apresenta poros muito finos, que proporcionam uma grande área superficial efetiva. Se as paredes dos poros de um grama desse material fossem recortadas e costuradas como em uma colcha de retalhos, ocupariam uma área de cerca de mil metros quadrados. Uma das formas de obtenção de carvão ativo é a queima controlada com baixo teor de oxigênio, de madeiras de alta dureza, como a do nó de pinho, a uma temperatura entre 800°C a 1000°C. O controle serve para que não ocorra a queima total da madeira, para que seja mantida sua estrutura porosa. O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas em sua superfície (no interior dos poros).

A adsorção é o resultado de uma atração elétrica entre a superfície e a molécula, que faz com que esta fique "presa". Quanto menor a temperatura de uma superfície, maior a sua capacidade de adsorção. No caso do carvão ativado, é possível utilizá-lo várias vezes. Primeiro aquecendo-o para que libere o material preso, e depois esfriando.

Os usos mais comuns para o carvão ativo são a adsorção de gases (na forma de filtros) e no tratamento de águas, onde o carvão se destaca por absorver, em seus poros, impurezas de diferentes origens.

2.2 Adsorção

Para compreender o fenômeno da adsorção é necessário conhecer as propriedades físico-químicas do material adsorvente, no caso carvão ativo.

As propriedades físicas do carvão ativo dependem dele estar sendo utilizado na forma de carvão ativo em pó (CAP), ou na forma granular. Para o CAP as propriedades mais importantes são filtragem e densidade, enquanto na forma granular são a dureza e o tamanho das partículas. Logo, as propriedades do carvão ativo vão influenciar a taxa e a capacidade de adsorção sendo necessário levá-las em conta na escolha do carvão e na concretização do projeto dos equipamentos. Atualmente os carvões ativos produzidos possuem vantagens significativas, tais como área superficial interna muito grande, capacidade adsortiva, estabilidade mecânica e térmica muito boa, regeneração fácil além de tolerância de vapor d’água e ácidos.

A distribuição de tamanhos de poros e as atividades químicas superficiais dos diversos tipos de carvão são bastante dependentes de sua origem (coque de petróleo, carvão vegetal, carvão betuminoso, entre outros). O carvão ativo pode apresentar caráter ácido ou básico, relacionado com a oxidação na sua superfície. Este caráter é dependente das condições de manufatura do carvão e da temperatura na qual se processa a oxidação. Um carvão ácido apresenta comportamento ácido, ou seja, adsorve quantidades apreciáveis de bases, tendo pouca afinidade por ácidos, enquanto que o carvão básico apresenta comportamento oposto ao carvão ácido. A variação da área superficial é grande, de 300 a 2500 m2/g, embora comercialmente, os materiais para a prática são usualmente limitados por uma área superficial abaixo de 1200 m2/g.

Dois tipos distintos de carvão ativo são identificados comercialmente. Fase líquida ou descorante, os carbonos são geralmente leves, com área superficial de 300 m2/g. Gás ou fase vapor, os carbonos são grânulos duros com área superficial de aproximadamente 800 m2/g a