Uso de polímeros molecularmente impressos (MIP) para recuperação seletiva de ácidos graxos voláteis (AGV) produzidos no tratamento anaeróbio.

Abstract

Os ácidos graxos voláteis (AGVs) produzidos durante o metabolismo anaeróbio podem levar ao mal funcionamento de reatores acarretando em baixa produção de biogás e menor remoção de demanda química de oxigênio (DQO). Por outro lado, alguns AGVs possuem elevado valor de mercado e, ao serem removidos poderiam, além de beneficiar o desempenho dos reatores anaeróbios, serem utilizados em diversas aplicações industriais. Pelo exposto, esta pesquisa objetivou sintetizar e caracterizar adsorventes seletivos, os polímeros molecularmente impressos (MIP), para serem aplicados como adsorventes de AGVs em sistemas anaeróbios operados em batelada ou sob alimentação contínua. Foram sintetizados diversos materiais e devido aos valores do parâmetros de eficiência de impressão (IF˃1,5) foram selecionados 5 materiais (dos quais: dois foram sintetizados via bulk em diferentes condições de síntese - MIP4 e MIP5 – e três foram sintetizados em síntese híbrida: um foi sintetizado em superfície magnética – MMIP - e dois foram sintetizados na presença de sílica, sendo um sem partículas magnéticas – HMIP – e um com partículas magnéticas - HMMIP. Com tais materiais realizou-se estudos de cinética, de isoterma, equilíbrio termodinâmicos, de seletividade, aplicabilidade e regeneração/reuso. Por fim, alguns materiais foram aplicados de diferentes formas a fim de avaliar a eficiência dos polímeros para remover os AGVs gerados em reatores anaeróbios. Os resultados evidenciam que o MMIP apresentou maior superfície específica e que todos os materiais sintetizados são mesoporosos, com exceção do MIP4 e HMIP. Os dados de cinética mostraram que os processos seguem o modelo de pseudo n ordem e que as constantes cinéticas (kn) dos MIPs foram sempre superiores às dos respectivos NIPs. O modelo de Sips foi o que melhor descreveu os dados e obteve valores de capacidade máxima de adsorção (Qmax) de 209,72;156,09; 68,89; 61,08 e 33,76 mg.g-1 para MIP5, MIP4, HMIP, HMMIP e MMIP, respectivamente à 25oC. Os dados termodinâmicos demonstraram que todos os processos são espontâneos, endotérmicos e entropicamente dirigidos. Os dados de seletividade apresentaram valores de coeficiente de seletividade relativa (k’) superiores a unidade, logo são materiais seletivos à ácido isovalérico (template escolhido para gerar uma cavidade seletiva não apenas a ele, mas aos principais AGVs) mesmo em meios com moléculas estruturalmente parecidas. As análises de aplicação dos adsorventes em batelada em efluente de reator anaeróbio apresentaram valores de Qe superiores para os polímeros quando comparados aos valores dos materiais comerciados analisados (resina de troca iônica e quitosana). Ao analisar a influência na produção de metano em reator anaeróbio na presença de HMMIP, foi possível notar um acréscimo de 66% na produção desse biogás. Tal resultado comprova que a remoção dos AGVs gerados e acumulados em reatores anaeróbios melhora a remoção da DQO e contribui para aumento da geração de biogás. Ademais foram analisados os tempos de sedimentabilidade convencional e imantada para o MMIP e HMMIP. O MMIP demandaria menor tanque de decantação devido à maior velocidade de sedimentação (~ 3 m.h-1 ), no entanto ambos os materiais apresentaram boa sedimentação. O processo imantado destaca-se por possibilitar a separação dos adsorventes magnéticos tanto da parte líquida quanto do lodo gerado no fundo dos reatores. Os testes de coluna de adsorção foram realizados em diversas concentrações e vazões para os polímeros híbridos e resina de troca iônica. O processo mais eficiente, de acordo com eficiência total do processo de adsorção em coluna (EPads), foi o HMMIP com valor de 74%. Por fim, concluiu-se que foram sintetizados materiais com potencial para ampliar os estudos em larga escala, uma vez que os resultados foram extremamente satisfatórios.