Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2992
Title: Tratamento de efluentes ricos em sulfato por adsorção em resinas de troca iônica.
Authors: Guimarães, Damaris
metadata.dc.contributor.advisor: Leão, Versiane Albis
Keywords: Resíduos industriais
Efluentes - qualidade
Sulfato - remoção
Adsorção
Resinas de troca iônica
Issue Date: 2010
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: GUIMARÃES, D. Tratamento de efluentes ricos em sulfato por adsorção em resinas de troca iônica. 2010. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2010.
Abstract: A presença de íons sulfato em efluentes e águas industriais representa um sério problema para diversos setores industriais, para o meio ambiente e para a saúde humana, os quais são agravados pela sua alta solubilidade em meios aquosos. Visando ao tratamento de efluentes ricos em íons sulfato, em especial de efluentes ácidos de mineração, o presente trabalho descreve estudos de remoção do íon via adsorção em resinas de troca iônica. Foram utilizadas as resinas de troca aniônica: Purolite A500, Amberlite IRA458 e Amberlyst A21, sendo as duas primeiras fortemente básicas e a terceira fracamente básica. Nos ensaios realizados em batelada, observou-se que o processo de adsorção de sulfato pelas resinas estudadas é, principalmente, influenciado pela relação massa de sulfato (na solução)/volume de resina. Especificamente para as resinas Amberlite IRA458 e Amberlyst A21, foi observado que o pH do meio exerce uma influência significativa em seus processos de adsorção, os quais são favorecidos em pH’s ácidos. Trabalhando nas melhores condições operacionais de adsorção, foram realizados os estudos cinéticos e termodinâmicos, assim como a construção das isotermas para as resinas Purolite A500 e Amberlyst A21, uma vez que a resina Amberlite IRA458 não é recomendada para adsorção em temperaturas superiores a 35°C. Esses estudos mostraram que os respectivos processos de adsorção são relativamente rápidos, sendo que a resina Purolite A500 e a Amberlyst A21 alcançaram o equilíbrio após decorridos, respectivamente, cerca de 20 minutos e 45 minutos de contato entre a fase sólida a fase líquida. Os dados experimentais ao serem ajustados aos modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e de difusão intrapartícula, mostraram que o processo de adsorção de sulfato pela resina Purolite A500 segue a cinética de pseudoprimeira ordem e, pela resina Amberlyst A21, os modelos de pseudoprimeira ordem e ao de pseudossegunda ordem. Observou-se também que a temperatura exerce pouca influência nos processos de adsorção de sulfato pelas resinas Purolite A500 e Amberlyst A21, os quais são de fisiossorção. Para a resina Purolite A500, o processo é endotérmico (ΔH°=10,81kJ/mol) e a acessibilidade dos íons sulfato aos sítios de adsorção aumenta com o aumento da temperatura (ΔS°=0,082kJ/mol.K). Para a resina Amberlyst A21, o processo é exotérmico (ΔH°=-25,06 kJ/mol) e a acessibilidade dos íons sulfato aos sítios diminui com o aumento da temperatura (ΔS°=-0,042kJ/mol.K). Os processos de adsorção em ambas as resinas podem ser descritos pelos modelos de Freundlich e de Langmuir. Nos ensaios de dessorção, em batelada, observou-se que íons sulfato são facilmente dessorvidos (>75%) das resinas Purolite A500 e Amberlyst A21 na presença de solução de cloreto de sódio (1,1 e 2,2g(Cl-)/L) ou de hidróxido de sódio (pH = 10 e 12). Os experimentos realizados em colunas de leito fixo foram desenvolvidos avaliando o efeito da concentração inicial de sulfato na alimentação do sistema, da altura do leito e da vazão, onde a resina Purolite A500 alcançou um carregamento máximo de, aproximadamente, 50mg(SO4 2-)/mL(resina), enquanto que a resina Amberlyst A21 manteve o mesmo desempenho observado em batelada (~10mg(SO4 2-)/mL(resina)). O modelo de Adams-Bohart pode ser aplicado para descrever o processo de adsorção de sulfato pela resina Purolite A500, mas não mostrou boa correlação com os dados obtidos pela resina Amberlyst A21.
metadata.dc.description.abstracten: Sulfate-contaminated effluents and process waters are of special concern from industrial, environmental and health points of view. This is due to its high solubility in aqueous solutions. Aiming to treat sulfate-containing effluents, this work describes sulfate sorption by ion exchange resins with special focus on mining affected waters. The resins Purolite A500 (strong base), Amberlite IRA458 (strong base) and Amberlyst A21 (weak base) were studied. In batch experiments, it was observed that the sulfate adsorption process by studied resins is essentially influenced by the sulfate concentration (in solution) / resin volume ratio. Specifically for Amberlite IRA 458 and Amberlyst A21 resins, the pH solution has an effect on its loading of sulfate ions. Working on best adsorption operational conditions, kinetics and thermodynamics studies and isotherms were developed with Purolite A500 and Amberlyst A21 resins, since Amberlite IRA458 beads are not suited for experiments at temperatures higher than 35°C. These studies showed that the sulfate adsorption onto Purolite A500 and Amberlyst A21 resins is relatively fast and equilibrium is reached respectively in 20 and 45 minutes of contact of liquid and solid phase. The experimental dates showed that Purolite A500 resin follows the pseudo-first order model while, for Amberlyst A21 resin, both pseudofirst order and pseudo-second order model can be applied to describe its process sorption. In addition, temperature has minor effect on sulfate loading on Purolite A500 e Amberlyst A21 resins, which process present physisorption mechanism. For Purolite A500 resin, sulfate adsorption is endothermic (ΔH°=10.81kJ mol-1) and the accessibility of sulfate ions to adsorption site increases with the increase of the temperature (ΔS°=0.082kJ/mol.K). Conversely, the sorption process for Amberlyst A21 resin is exothermic (ΔH°=25.06kJ/mol) with an associated entropy (ΔS°=0.042kJ/mol.K). The sulfate adsorption process on both resins can be described by Freundlich and Langmuir models. Batch elution experiments showed good sulfate removal from Purolite A500 and Amberlyst A21 resins (>75%) in presence of, respectively, sodium chloride (1.1 and 2.2g(Cl-)/L-1) or sodium hydroxide (pH 10 e 12). Fixed bed experiments were developed evaluating the effect of initial sulfate concentration, bed height and flow rate. In this case, Purolite A500 resin attained, approximately, 50mg(SO4 2-)/mL(resin), while the Amberlyst A21 had maintained its performance observed in batch system (10mg(SO4 2-)/mL(resin)). Adams-Bohart model could successfully describe the sulfate loading on Purolite A500 resin, but failed in case of Amberlyst A21 resin. Regardless of the sorption procedure adopted (batch or column), the Purolite A500 resin always showed the best performance and 50mg(SO4 2-)/mL-1 (resin) was attained during fixed bed sorption.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2992
Appears in Collections:REDEMAT - Mestrado (Dissertações)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DISSERTAÇÃO_ TratamentoEfluentesRicos.PDF3,1 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.