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Title: Estudo da adsorção de manganês em batelada e coluna de leito fixo utilizando zeólita sintética.
Authors: Figueiredo, Rodrigo dos Santos
metadata.dc.contributor.advisor: Leão, Versiane Albis
Keywords: Processos de fabricação
Tratamento de efluentes
Manganês
Zeólitas
Adsorção
Issue Date: 2014
Citation: FIGUEIREDO, R. dos S. Estudo da adsorção de manganês em batelada e coluna de leito fixo utilizando zeólita sintética. 2014. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2014.
Abstract: Efluentes ricos em manganês, como os das indústrias extrativas, de vidro e cerâmicas, plantas de galvanização, entre outros, são considerados um problema ambiental devido principalmente ao seu poder toxicológico. O íon manganês é um poluente devido às suas propriedades organolépticas e é considerado um metal de difícil remoção devido à sua alta solubilidade sendo usualmente encontrado em efluentes na forma do íon divalente Mn2+. Diversos métodos de tratamento têm sido aplicados a esses tipos de efluentes com objetivo de enquadramento dos mesmos à legislação ambiental vigente. Uma dessas alternativas é a adsorção/troca iônica tanto em batelada como em colunas de leito fixo, particularmente quando a concentração de metais é baixa. Visando o tratamento de efluentes que contêm o íon manganês, o presente trabalho descreve a remoção do íon pelo processo de adsorção/troca iônica utilizando a zeólita faujasita e zeólita A como materiais adsorventes, dado que tais materiais possuem capacidade de adsorver e trocar cátions quando em contato com soluções ricas em metais. Foram realizados estudos cinéticos nas temperaturas de 25°C, 35°C, e 60°C para a zeólita faujasita, que revelaram uma alta taxa de remoção desde o início do contato entre a solução rica em manganês e a zeólita sendo que o equilíbrio foi atingido após percorridas 3 horas de experimento. Os dados experimentais se ajustaram melhor ao modelo de pseudosegunda ordem para adsorção do íon manganês na zeólita faujasita. Além disso, observou-se nesses experimentos que com o aumento da temperatura altas taxas de carregamento são obtidas e a partir do valor da energia de ativação calculada de 55,4KJ/mol tem-se indicação de que o processo de adsorção em questão é uma quimiossorção. O processo de adsorção do íon na zeólita faujasita foi bem descrito pelos modelos de Langmuir e Freundlich com carregamento máximo obtido igual a 10 mgMn2+/g-zeólita, enquanto para a zeólita A o melhor ajuste se deu pela isoterma de Langmuir com carregamento máximo obtido igual a 110 mgMn2+/g-zeólita. Os experimentos realizados em colunas de leito fixo foram desenvolvidos através da variação da vazão de alimentação do sistema, altura do leito adsorvente e concentração inicial de manganês na solução. Dentre os modelos utilizados para descrever o processo de adsorção em colunas de leito fixo o modelo de Thomas apresentou boa correlação com os dados experimentais para ambas as zeólitas. Pelo ajuste dos dados a esse modelo os valores de carregamento máximo foram obtidos e variaram de 0,3 mgMn2+/g-zeólita para a zeólita faujasita e 30 mgMn2+/g-zeólita para a zeólita A.
metadata.dc.description.abstracten: Galvanizing plants as well as the mining, glass and ceramics industries among others can produce manganese-laden effluents, which are considered an environmental issue mainly due to their organoleptic properties and because the highly soluble Mn2+ ion is difficult to remove from most wastewaters when only pH control is applied. Thus several other treatment methods have been proposed to treat these effluents so that they can comply with environmental regulations. One of such treatments is adsorption/ion exchange (either batchwise or fixed bed) particularly when the metal concentration is low. Biosorbents ion exchange resins, and zeolites have been investigated as potential sorbents for manganese. Aimed at treating manganese containing effluents, the current work describes manganese removal by adsorption/ion exchange in two adsorbents: (i) a spent faujasite zeolite used in the oil industry and (ii) a zeolite A sample produced from kaolin residues. Batch kinetic studies were carried out at 25°C, 35°C and 60°C with the faujasite zeolite and revealed that equilibrium was reached within 3 hours, whereas the experimental kinetic data could be described by the pseudo-second order model. It was observed that the loading rate increased with temperature with an activation energy of 55,4kJ/mol calculated from the rate constant values; an indication of chemisorption during manganese adsorption on the spent faujasite zeolite. Equilibrium manganese adsorption in both zeolites was described by the Langmuir isotherm (r2 >0.99) with a maximum loading of 10 mg/g for the faujasite zeolite, while for zeolite A, the maximum loading was 110 mg/g-zeolite. In the experiments carried out in fixed bed columns the effects of: (i) flow rate, (ii) bed height and (iii) initial manganese concentration on the breakthrough curves were analyzed. The Thomas model was selected to describe the breakthrough curves and showed good correlation with the experimental data for both samples and indicated a solid uptake of 0.3 mg/g-solid for faujasite zeolite and 30 mg/g-solid for zeolite A.
Description: 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.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/4082
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor, 07/11/2014, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 3.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.
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