RELATÓRIO 4 - Adsorção em Carvão Ativado

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FACULDADE DE AMERICANA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III 
PROF. KARINA KLOCK DA COSTA 
RELATÓRIO 4 
ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO 
Grupo 7 
Aharon Somaio De Araújo 20211136 
Esthephanny Bruna Gomes Rodrigues 20211079 
Geovanna de Souza Bosso 20211092 
Americana 
2021
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
Aharon Somaio de Araújo 20211136 
Esthephanny Bruna Gomes Rodrigues 20211079 
Geovanna de Souza Bosso 20211092 
ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO 
Relatório de prática experimental apresentada 
na disciplina de Laboratório de Engenharia 
Química III na Faculdade de Americana. 
Prof. Karina Klock da Costa. 
Americana 
2021
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 4 
2. METODOLOGIA ................................................................................................ 5 
3. PROCEDIMENTOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................... 6 
3.1 ADSORÇÃO DE CORANTE EM COLUNA DE DESTILAÇÃO ................ 6 
3.2 ADSORÇÃO DE SOLUÇÃO BÁSICA EM COLUNA DE DESTILAÇÃO . 7 
3.3 POROSIDADE DO MEIO E DENSIDADE APARENTE ............................. 9 
3.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: OBTENÇÃO DE CARVÃO ........... 9 
4. CONCLUSÃO ................................................................................................... 10 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 10 
 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
1. INTRODUÇÃO 
O carvão ativado é uma forma de carvão puro com alta porosidade, e que possui 
notáveis propriedades atribuídas à sua superfície, incluindo a remoção de contaminantes 
dissolvidos em solução. É essencialmente feito de carbono e possui milhares de poros finos 
em sua estrutura, o que lhe confere uma alta capacidade de adsorção, ou seja, moléculas 
de gás e líquido de outras substâncias ficam retidas em sua superfície. Ele pode ser 
utilizado na forma de pó ou granulado, dependendo da aplicação. O carvão ativado é obtido 
a partir da combustão controlada de certos tipos de madeira. Esta combustão ocorre a uma 
temperatura de 800 °C a 1000 °C, tentando evitar a queima completa e a perda da 
porosidade do carvão. O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, 
líquidos e poluentes dentro de seus poros, por isso é amplamente utilizado em sistemas de 
filtração. 
A adsorção em carvão ativado pode ocorrer de duas maneiras, sendo elas química 
ou física. A adsorção química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, 
principalmente covalentes, e a adsorção física ou fisicorção ocorre por meio de interações 
intermoleculares do tipo Van der Waals, como força dipolar induzida e força dipolo 
constante. Assim, o carvão ativado é usado em muitas áreas para remover a cor e o odor de 
certos materiais por meio de adsorção. Algumas dessas áreas são: purificação da água, 
purificação do ar de gases poluentes como em filtros industriais; no tratamento de resíduos 
industriais, por exemplo, reciclagem de água industrial; na indústria farmacêutica, indústria 
química, tratamento de efluentes, catálise, indústria alimentícia e adsorção de gases, um 
exemplo muito comum disso é a remoção de odores de refrigeradores. 
O carvão vegetal também pode ser usado para remover a cor e o odor dos materiais 
por meio da adsorção, pois também é poroso. No entanto, é menos eficiente porque a 
porosidade do carvão ativado é muito maior do que a do carvão vegetal. O carvão ativado é 
feito de materiais orgânicos, como madeira, casca de coco, bagaço de cana, palha de milho, 
casca de arroz. Essas matérias-primas são carbonizadas em atmosfera inerte e 
posteriormente submetidas a tratamento térmico e/ou químico. A ativação ocorre, quando é 
realizada a remoção de materiais que obstruem os poros. 
 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
2. METODOLOGIA 
A adsorção é um processo de transferência de massa (molécula) de um fluído (líquido 
ou gasoso) para uma superfície de uma fase sólida. 
O fenômeno de adsorção ocorre porque os átomos da superfície têm posições 
incomuns em relação aos átomos no interior do sólido. Os átomos da superfície apresentam 
uma força resultante na direção normal à superfície, para dentro, a qual deve ser 
equilibrada. A tendência de neutralizar essa força produz energia superficial que atrai e 
mantem o gás ou moléculas de gás na superfície do adsorvente das substâncias da solução 
em contato com eles. Durante o processo, as moléculas encontradas na fase fluida são 
atraídas para a zona interfacial devido à existência de forças atrativas, tais quais ligações de 
Hidrogênio, ligações covalentes, interações dipolo-dipolo, forças de van der Waals, ligações 
eletrostáticas etc. 
O processo de adsorção pode ser realizado em sistema descontínuo (batelada) ou em 
sistema contínuo, geralmente representado por colunas de leito fixo. De modo geral, a 
adsorção em batelada é mais comum em escala de laboratório porque é simples de operar e 
usa equipamentos de menor custo. Nesse tipo de operação, o sólido adsorvente e o fluido 
contendo o adsorvato ficam em contato durante todo o experimento, para que os parâmetros 
cinéticos sejam obtidos e a isoterma de equilíbrio possa ser estudada. Os processos de 
adsorção em colunas de leito fixo e leito fluidizado são mais utilizados em escala industrial, 
pois podem aproveitar melhor a capacidade de adsorção do adsorvente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
3. PROCEDIMENTOS, RESULTADOS E DISCUSSÕES 
3.1 ADSORÇÃO DE CORANTE EM COLUNA DE DESTILAÇÃO 
A coluna de adsorção utilizada para este procedimento funciona com leito fixo e para 
isso foi utilizado um leito de 2,5 cm de diâmetro x 15 cm de altura, conectado a um 
recipiente contendo uma solução colorida e uma bomba que circula o fluido, foi usado uma 
mangueira de silicone para as conexões. 
Em uma cubeta colocamos água destilada para inicialmente calibrarmos o 
espectrofotômetro com a amostra 0, em seguida colocamos a solução de permanganato de 
potássio na cubeta e medimos a absorbância e transmitância. Ligamos a bomba sem 
conectar a mangueira à coluna e drenamos todo o líquido restante da mangueira. 
Inicialmente, foi colocado uma pequena quantidade de algodão na coluna para evitar 
que o carvão retorne para a bomba. Em seguida, colocamos o carvão, previamente 
macerado em forma de flocos, até aproximadamente 5 cm de altura, colocamos um pouco 
de pedras de areia em cima do carvão, apenas para que o carvão não se mova. 
Retiramos uma amostra inicial da solução colorida e medimos a absorbância e 
transmitância utilizando o espectrofotômetro. 
Iniciamos a passagem da solução pela coluna, para isso ligamos a bomba e abrimos a 
coluna com a válvula, lentamente, para que o carvão não seja arrastado, o processo 
demorou alguns minutos para que o sistema fosse enchido por completo. Para evitar que a 
poeira se acumulasse na cubeta, colocamos um pedaço de papel de filtro em um funil no 
final do processo. Assim que o líquido começasse a pingar, iniciamos o cronômetro 
imediatamente, e controlamos a taxa de fluxo para estabilizá-la em cerca de 1 a 3 gotas por 
segundo. As amostras foram coletadas em diferentes intervalos de tempo e em seguida as 
analisamos no espectrofotômetro. 
Tabela 1 - Dados Experimentais Adsorção de Corante em Coluna de Destilação 
Tempo (min) Absorbância Transmitância 
0 490 32,6 
1 1 102 
2 1 99,5 
6 2 99,7 
4 4 98,2 
5 6 98,8 
10 9 98,2 
20 12 98,9 
Fonte: Autoria própria 
De acordo com as leituras nos devidos intervalos de tempo conforme mostra tabela 1, 
foi possível traçar o gráfico 1 o qual relacionaa absorbância por tempo. 
 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
Gráfico 2 – Absorbância versus Tempo 
 
Fonte: Autoria própria 
 Analisando o gráfico 1 é possível verificar que o coeficiente de determinação (R²) 
obtido foi 0,8349, indicando assim, que o modelo linear explica 83,49% da variância da 
variável dependente. Sendo assim, o modelo indica boa parte da variabilidade dos dados 
das leituras no espectrofotômetro. 
3.2 ADSORÇÃO DE SOLUÇÃO BÁSICA EM COLUNA DE DESTILAÇÃO 
Foi utilizada uma coluna fixada a um suporte universal, separamos aproximadamente 
200ml de uma solução básica de NaOH. Adicionamos um pequeno pedaço de algodão ao 
final da coluna e preenchemos com carvão até uma altura de 7 cm. 
Passamos a solução básica na coluna lentamente e coletamos a amostra na parte 
inferior da coluna, medindo o pH com as fitas de pH de tempo em tempo, mantendo sempre 
a quantidade de solução constante dentro da coluna. 
Figura 1 - Coluna Preenchida com Carvão 
 
Fonte: Autoria própria 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
Com o auxílio de um cronometro medimos pH até que a solução saísse da coluna 
neutralizada, foi medido 4 alíquotas em 1, 2, 5 e 6 minutos e foi anotado o pH em cada um 
dos tempos, conforme tabela abaixo. 
Tabela 2 - Dados Experimentais Coluna Básica de Destilação 
Tempo (min) pH 
0 0 
1 2 
2 5 
5 12 
6 14 
Fonte: Autoria própria 
Gráfico 2 – Adsorção de Solução Básica 
 
Fonte: Autoria propria 
O ajuste linear do experimento foi obtido pelo Excel onde a isoterma de Freundlich foi 
a que melhor se ajustou, foi analisado o valor do coeficiente de correlação R² onde o valor 
de 0,9982 é a isoterma. 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 Figura 2 - Fitas Medidoras de pH 1,2,5 e 6 minutos 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
Após a realização do experimento temos que a solução básica neutralizou após 5 
minutos passando pelo carvão, marcando nesse minuto pH em 12. 
Os fatores que têm maior impacto no processo de adsorção são: as condições do 
meio de reação, como pH, temperatura e tempo de contato; o tipo de adsorvente, os grupos 
funcionais na superfície do adsorvente e as características iônicas do adsorvente. 
3.3 POROSIDADE DO MEIO E DENSIDADE APARENTE 
Em uma proveta previamente tarada na balança, preenchemos com carvão um volume 
de 25ml e em seguida anotamos o peso do carvão para o volume adicionado, após isso foi 
adicionado algumas pedras de areia apenas para que o carvão não se movesse, e 
anotamos o peso novamente, para depois subtraímos o peso das pedras. Com o auxílio de 
uma pisseta foi preenchido lentamente o volume com água destilada e anotamos o peso do 
carvão com a água, o volume não deve ultrapassar 25ml após a adição da água, apenas 
completamos os espaços vazios do carvão. 
Tabela 3 - Medidas Experimentais 
Volume (mL) Massa do Carvão (g) Massa do Carvão c/ as Pedras (g) Massa Carvão + Água c/ as Pedras (g) 
25 9,693 11,770 28,725 
 
Massa Carvão + Água s/ as Pedras (g) 
 
26,648 
Fonte: Autoria própria 
3.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: OBTENÇÃO DE CARVÃO 
Para dar início a este procedimento foi pesado em um béquer 60g de sacarose, em 
seguida no interior da capela foi medido em uma proveta 50mL de ácido sulfúrico PA. 
Despejamos a solução de ácido sulfúrico no béquer contendo a sacarose e com o 
auxílio de um bastão de vidro misturamos os reagentes. Durante a mistura dos reagentes foi 
possível observar a mudança na coloração, que passou de branca para um tom 
avermelhado e então se tornou preto. Assim que se tornou preto observou-se uma reação 
exotérmica, ou seja, liberando calor, e por fim formar um elemento poroso, como mostram 
as figuras abaixo. As figuras mostram as etapas da mistura entre os reagentes, sacarose e 
ácido sulfúrico até a obtenção do carvão, desde a mistura, o início da reação, com o 
aparecimento de bolhas, até a formação do elemento poroso que depois de seco se torna o 
carvão ativo. 
 
 
 
Laboratório de Engenharia Química III – Adsorção em carvão ativado 
 
Figura 3 - Mistura dos Reagentes 
 
Figura 4 - Início da Reação 
 
Figura 5 - Obtenção do Carvão 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÃO 
Este trabalho teve como objetivo estudar a remoção de substâncias de soluções 
aquosas, utilizando-se carvão ativado como sólido adsorvente, estudando a influência dos 
parâmetros pH, concentração de sólido adsorvente e tempo de contato entre as fases em 
que o processo analisado se mostrou eficaz para analisar a capacidade de adsorção 
Em várias indústrias, laboratórios e campos acadêmicos, o processo de adsorção tem 
se mostrado um processo de baixo custo que pode ser usado para diversos fins. Muitas 
pesquisas foram realizadas, mas ainda existem muitas novas descobertas que requerem a 
compreensão dos materiais. Esses materiais não incluirão apenas o uso de novos 
adsorventes (muitos dos quais são resíduos biológicos recicláveis), mas também o uso 
crescente deles. 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/carvao-ativado.htm > Acesso em Junho de 2021. 
https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/adsorcao-sobre-carvao-
ativado.htm > Acesso em Junho de 2021.