Bioadsorventederivadocarvao-Oliveira-2021

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE TECNOLOGIA (CT) 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA (CCET) 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE 
MATERIAIS 
 
TESE DE DOUTORADO 
 
 
 
Bioadsorvente derivado do carvão da casca da castanha de caju para 
remoção de contaminantes em Água Produzida 
 
 
 
Karine Fonseca Soares de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
Março de 2021, Natal – RN 
 
Orientador: Prof. Dr. Marcus Antonio de Freitas Melo 
Coorientadora: Prof. Drª. Renata Martins Braga 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bioadsorvente derivado do carvão da casca da castanha de caju para 
remoção de contaminantes em Água Produzida 
 
 
 
Karine Fonseca Soares de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
Março de 2021, Natal – RN 
Orientador: Prof. Dr. Marcus Antonio de Freitas Melo 
Coorientadora: Prof. Drª. Renata Martins Braga 
 
 
 
 
Karine Fonseca Soares de Oliveira 
 
Bioadsorvente derivado do carvão da casca da castanha de caju para remoção de 
contaminantes em Água Produzida 
 
 
 
 
 
Comissão Examinadora: 
 
Março de 2021, Natal – RN 
Tese da defesa de doutorado apresentada ao 
Programa de Pós-Graduação em Ciência e 
Engenharia de Materiais PPGCEM, da 
Universidade Federal do Rio Grande do 
Norte, como parte dos requisitos para 
obtenção do título de Doutora em Ciência e 
Engenharia de Materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
Oliveira, K. F. S. de. Bioadsorvente derivado do carvão da casca da castanha de caju para 
remoção de contaminantes em Água Produzida. Natal, 2021. 131 p. Tese de Doutorado 
(Doutora em Ciências e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal do Rio Grande do 
Norte. 
Resumo: A água produzida de petróleo é um efluente industrial com composição bastante 
complexa e seu descarte indevido gera danos ao meio ambiente. Um dos métodos de tratamento 
da água produzida é a adsorção, no entanto, o uso do carvão ativado comercial como adsorvente, 
em escala industrial, torna o processo oneroso. Uma alternativa para a substituição do carvão 
ativado comercial é a utilização bioadsorventes, que vem ganhando ênfase nas últimas décadas, 
apresentam alta performance e um baixo custo de produção. O Nordeste é o maior produtor de 
castanha de caju no Brasil, logo o beneficiamento do caju (Anarcadium accidentale L) gera 
bastante resíduo lignocelulósico, a casca da castanha de caju, que pode ser reutilizado como 
bioadsorvente. O objetivo deste trabalho é desenvolver um bioadsorvente eficiente e de baixo 
custo, reutilizando o carvão da casca da castanha de caju (Anarcadium acidentale L) para a 
remoção de íons metálicos (Cu2+, Pb2+ e Cr3+) e teor de óleo e graxas (TOG). O bioadsorvente foi 
pré tratado com NaOH e caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), 
Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), o ponto de carga zero 
(pHpcz) e a titulação de Boehm. Os ensaios de adsorção envolveram experimentos de cinética e 
equilíbrio de adsorção, em sistema de batelada, utilizando soluções iônicas mono e 
multielementares, e em coluna de leito fixo para a solução metálica multielementar e solução semi 
sintética de TOG. Os resultados de caracterização obtidos revelaram a presença de grupos 
hidroxilas, carboxilas e carbonilas, assim como uma estrutura irregular e heterogênea, que são 
características favoráveis para o processo de adsorção. Os modelos cinéticos das soluções 
multielementares mostraram que ocorreu processo de quimissorção, assim como os modelos de 
isoterma que melhor se ajustaram aos dados experimentais foram de Langmuir para o Cu2+, e 
Redclih-Peterson para o Pb2+ e Cr3+. As curvas de ruptura dos íons metálicos mostraram que na 
vazão de 7 mL/min e uma altura de leito de 5 cm, o tempo de rutura para o Cu2+ e Pb2+ foi de 
10,70 min e para o Cr3+ foi de 8,56 min. As capacidades de adsorção dos metais na coluna de leito 
fixo obteve a seguinte ordem Pb2+ < Cr3+ < Cu2+, sendo menor que aquela obtida no sistema em 
batelada. A dessorção dos ions metálicos, retidos na coluna, foi suficiente usando HCl 1,0 mol/L 
como eluente. Os ensaios de regeneração da coluna mostraram que o bioadsorvente pode ser 
utilizado por dois ciclos, seguindo os parâmetros estudados. O ponto de ruptura para TOG foi em 
aproximadamente 25 min e a saturação do leito não foi atingida no tempo de 171,34 min, a 
capacidade de adsorção no tempo de operação da coluna de 171 min foi de 4,85 mg/g. Conclui-
se que o bioabsorvente produzido a partir da casca da castanha de caju tem alto potencial de 
remoção de metais e TOG, além de ser um produto abundante na natureza, é renovável e 
biodegradável e seu reaproveitamento contribui para a redução da poluição ambiental, a produção 
de resíduo e melhora a economia circular local através da valorização do subproduto 
 
 
Palavras-chave: adsorção; leito fixo; metais; TOG; resíduos agroindustriais; 
 
 
 
Oliveira, K. F. S. de. Bioadsorbent derived from the charcoal of the cashew nut shell to 
remove contaminants in produced water. Natal, 2021. 131 p. Doctoral Thesis (PhD in Materials 
Science and Engineering) - Federal University of Rio Grande do Norte. 
Abstract: Produced water is an industrial effluent with a very complex composition and that its 
improper disposal generates damage to the environment. One of the methods of treatment of 
produced water is adsorption, however, the use of commercial activated carbon as adsorbent, in 
an industrial scale, makes the process costly. An alternative for the substitution of commercial 
activated carbon is the use of biomass to produce bioadsorbents, which has been gaining emphasis 
in the last decades, have high performance and a low production cost. The Northeast is the largest 
producer of cashew nuts in Brazil, so the processing of cashew (Anarcadium accidentale L) 
generates a lot of lignocellulosic residue, the cashew nut shell, which can be reused as a bio-
absorbent. The objective of this work is to develop an efficient and low cost bioadsorber, reusing 
the charcoal from the cashew nut shell (Anarcadium acidentale L) to remove metal ions (Cu2+, 
Pb2+ and Cr3+) and oil and grease content (TOG). The bio-absorbent was pre-treated with NaOH 
and characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared 
spectroscopy (FTIR), the zero charge point (pHpcz) and the Boehm titration. The adsorption tests 
involved experiments of kinetics and adsorption balance, in a batch system, using mono and 
multi-element ionic solutions, and in a fixed bed column for the multi-element metallic solution 
and semi-synthetic TOG solution. The characterization results obtained revealed the presence of 
hydroxyl, carboxyl and carbonyl groups, as well as an irregular and heterogeneous structure, 
which are favorable properties for the adsorption process. The kinetic models showed that the 
chemisorption process occurred, as well as the isotherm models that best fit the experimental data 
were Langmuir (Cu2+) and Redlich Peterson (Pb2+ and Cr3+). The rupture curves of the metal ions 
showed that at a flow rate of 7 mL / min and a bed height of 5 cm, the break time for Cu2+ and 
Pb2+ was 10.70 min and for Cr3+ was 8.56 min. The adsorption capacities of the metals in the 
fixed bed column obtained the following order, Pb2+ < Cr3+ < Cu2+ being less than that obtained 
in the batch system. The desorption of the metal ions, retained in the column, was sufficient using 
1.0 mol / L HCl as eluent. The column regeneration tests showed that the bioadsorber can be used 
for two cycles, following the studied parameters. The breaking point for TOG was approximately 
25 min and the bed saturation was not reached in 171.34 min, the adsorption capacity in the 171 
min column operating time was 4.85 mg / g. It is concluded that the bioabsorbent produced from 
the cashew nut shell has a high potential for removing metals and TOG, besides being an abundantproduct in nature, it is renewable and biodegradable and its reuse contributes to the reduction of 
environmental pollution, the waste production and improves the local circular economy by 
enhancing the by-product 
 
Keyword: adsorption; fixed-bed; metals, OGC; agro-industrial waste, 
 
 
 
 
 
"Não é o mais forte que sobrevive, nem tão 
pouco o mais inteligente, mas sim o que 
melhor se adapta às mudanças." 
 
Charles Darwin 
 
 
 
 
 
Aos meus pais, que nunca mediram 
esforços para me ajudar, minha fonte 
de amor e superação. 
Aos meus amores, Reniêr e Maria 
Clara pelos incentivos diários. 
 
 
AGADECIMENTOS 
À Deus, que iluminou todos os meus passos, desde sempre, me amparando nos momentos 
mais difíceis e me dando força quando fraquejei, me permitindo através da fé perseverar em busca 
dos meus objetivos. 
Aos meus pais, por sempre ter acreditado em mim, foram os primeiros a dizerem que 
seria capaz se corresse atrás dos meus sonhos. Ao meu esposo e minha filha que foram pacientes 
nesses árduos 4 anos, sempre comigo e entendendo a minha ausência em muitos momentos de 
encontros e comemorações. À família do meu esposo por me acolher e acolher minha filha nos 
momentos que mais precisava, muito obrigada; 
Aos meus amigos Ariklênio e Gaby, que Deus colocou em meu caminho, o tempo que 
passamos juntos, experiências vividas e pela força mútua e os momentos que estiveram ao meu 
lado. 
Aos professores Dr. Marcus, Dra Renata e Dra. Dulce pela confiança em mim depositada, 
sugestões e colaboração e com essa ajuda pude desenvolver este trabalho. Agradeço imensamente 
a eles por ter me acolhido com muito carinho, abrindo as portas do laboratório, depositando 
confiança em mim, me empurrando quando necessário, agradeço demais a compreensão nos 
momentos que mais precisei, vocês foram fundamentais para que isso acontecesse. 
Aos integrantes do Laboratório de Tecnologia em Meio Ambiente (LABTAM/UFRN), 
por toda ajuda, palavra de companheirismo, dúvidas e soluções durante todo esse tempo que 
passamos juntos. Principalmente aos bolsistas Joemil, Talita e Widna, pela dedicação e empenho 
nos experimentos, que durante a fase mais crítica e sobrecarregada não me abandonaram. 
Ao NUPPRAR, Instituto de Química e CTGÁS pelas análises cedidas para a conclusão 
desse trabalho, foram de fundamental importância na reta final. Muito Obrigada!!! 
Ao PPGCEM/UFRN pela oportunidade do conhecimento e ao CNPq pelo suporte 
financeiro da bolsa concedida; 
A PETROBRAS pelo financiamento e construção do laboratório, pois sem ele não seria 
possível a realização desse trabalho. 
Enfim, agradeço imensamente a todos que de alguma forma direta ou indiretamente 
contribuíram para a realização desse trabalho, e me proporcionaram momentos de muito 
aprendizado, tanto para o crescimento profissional quanto pessoal. MUITO OBRIGADA 
MESMO!!! 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 20 
2. REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................................... 24 
2.1. Água produzida ........................................................................................................... 24 
2.1.1. Composição da Água Produzida ......................................................................... 24 
2.1.2. Dados da geração de água produzida .................................................................. 28 
2.1.3. Impactos e legislação ambiental .......................................................................... 28 
2.1.4. Tratamento da Água Produzida ........................................................................... 31 
2.2. Adsorção ..................................................................................................................... 32 
2.2.1. Cinética de adsorção ............................................................................................ 34 
2.2.2. Isotermas de adsorção ......................................................................................... 35 
2.2.3. Termodinâmica de adsorção ................................................................................ 39 
2.3. Adsorção em leito fixo ................................................................................................ 40 
2.4. Bioadsorventes lignocelulósicos ................................................................................. 45 
2.5. Caju (Anarcadium occidentale L.) .............................................................................. 47 
3. ESTADO DA ARTE ........................................................................................................... 53 
4. MATERIAS E MÉTODOS ................................................................................................. 58 
4.1. Reagentes .................................................................................................................... 59 
4.2. Preparo das soluções metálicas ................................................................................... 59 
4.3. Material adsorvente ..................................................................................................... 59 
4.4. Efeito do Tratamento Químico .................................................................................... 61 
4.5. Caracterização do material .......................................................................................... 61 
4.5.1. Densidade ............................................................................................................ 61 
4.5.2. Umidade e Teor de cinzas ................................................................................... 61 
4.5.3. pH do ponto de carga zero (pHpcz) ..................................................................... 62 
4.5.4. Titulação de Boehm ............................................................................................ 62 
4.5.5. Espectroscopia na região do infravermelho ........................................................ 64 
4.5.6. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ..................................................... 64 
4.6. Estudo do experimento de adsorção em batelada ........................................................ 64 
4.6.1. Influência do pH .................................................................................................. 65 
4.6.2. Influência da Temperatura................................................................................... 65 
4.6.3. Cinética de adsorção em banho finito ................................................................. 66 
4.6.4. Isoterma de adsorção em banho infinito .............................................................. 66 
 
 
4.7. Determinação das concentrações dos metais por espectrofotometria de absorção 
atômica (EAA) ........................................................................................................................ 66 
4.8. Adsorção em coluna de leito fixo ................................................................................ 67 
4.8.1. Parâmetros operacionais do leito adsorvente ...................................................... 68 
4.8.2. Curva de ruptura da solução metálica ................................................................. 69 
4.8.3. Regeneração da coluna para a solução metálica.................................................. 69 
4.8.4. Caracterização da Água Produzida ...................................................................... 69 
4.8.5. Curva de ruptura do TOG com solução semi-sintética de AP ............................. 70 
4.8.6. Análise do TOG .................................................................................................. 71 
4.1. Planejamento experimental ......................................................................................... 71 
5. RESULTADOSE DISCUSSÃO ........................................................................................ 74 
5.1. Efeito do Tratamento Químico .................................................................................... 74 
5.2. Caracterização do adsorvente ...................................................................................... 76 
5.2.1. Densidade ............................................................................................................ 76 
5.2.2. Umidade e Teor de Cinzas .................................................................................. 76 
5.2.1. pH no Ponto de Carga Zero (pHpcz) ................................................................... 77 
5.2.2. Titulação de Boehm ............................................................................................ 78 
5.2.3. Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier - FTIR ........... 79 
5.2.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ..................................................... 81 
5.3. Estudo de adsorção ...................................................................................................... 82 
5.3.1. Influência do pH .................................................................................................. 82 
5.3.2. Cinética de Adsorção .......................................................................................... 84 
5.3.3. Modelo cinético de pseudo primeira ordem ........................................................ 85 
5.3.4. Modelo cinético de pseudo segunda ordem ........................................................ 86 
5.3.5. Modelo cinético de difusão intrapartícula ........................................................... 88 
5.4. Isoterma de Adsorção .................................................................................................. 90 
5.4.1. Isoterma de adsorção em sistema monoelementar .............................................. 90 
5.4.2. Isoterma de adsorção em sistema multielementar ............................................... 95 
5.4.3. Termodinâmica de adsorção ................................................................................ 98 
5.4.4. Mecanismo de Adsorção ..................................................................................... 99 
5.5. Adsorção em leito fixo .............................................................................................. 101 
5.5.1. Parâmetros operacionais do leito fixo ............................................................... 101 
5.5.2. Curva de ruptura da solução metálica multielementar ...................................... 101 
5.5.3. Dessorção e reutilização do adsorvente na coluna de adsorção ........................ 104 
5.5.4. Caracterização da Água Produzida (AP) ........................................................... 106 
5.5.5. Curva de ruptura do TOG na solução semi-sintética de AP .............................. 107 
5.6. Planejamento experimental ....................................................................................... 110 
 
 
6. CONCUSÕES ................................................................................................................... 114 
7. REFERENCIAS ................................................................................................................ 117 
8. ANEXO 126 
8.1. Planejamento experimental ....................................................................................... 126 
8.1.1. Análise estatística do tratamento do adsorvente ................................................ 126 
8.1.2. Análise de Variância (ANOVA) ....................................................................... 128 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 2.1. Fluxograma do tratamento da Água Produzida. ....................................................... 29 
Figura 2.2. Seções de separação de um separador horizontal bifásico de petróleo. .................... 31 
Figura 2.3. Exemplo de isoterma de adsorção. ............................................................................ 36 
Figura 2.4. Tipos de Isotermas de Adsorção. .............................................................................. 37 
Figura 2.5. Esquema de um sistema de adsorção em coluna de leito fixo. ................................. 41 
Figura 2.6. Curva típica de saturação de adsorventes em leito fixo. ........................................... 42 
Figura 2.7. Curvas de ruptura para: (a) ZTM estreita (b) ampla ZTM. ....................................... 43 
Figura 2.8. Geração de resíduos na agroindústria para as principais culturas brasileiras. .......... 46 
Figura 2.9. Fluxograma esquemático do aproveitamento do beneficiamento do caju. ............... 47 
Figura 2.10. Partes da castanha de caju. ...................................................................................... 48 
Figura 2.11. Produção de castanha de caju no Brasil e nos principais estados produtores. ........ 50 
Figura 2.12. Produção de Castanha de Caju no Rio Grande do Norte. ....................................... 51 
Figura 3.1. Artigos publicados contendo as palavras lignocelulósico + adsorção de 2010 a 2020.
 ..................................................................................................................................................... 53 
Figura 4.1. Fluxograma da metodologia realizada no trabalho. .................................................. 58 
Figura 4.2. Casca da castanha de caju (CCC): (a) natural inteira (b) natural triturada. .............. 60 
Figura 4.3. Equipamento experimental para o sistema de adsorção em batelada. ...................... 65 
Figura 4.4. Espectrofotômetro de Absorção Atômica AA-6300 da Shimadzu. .......................... 67 
Figura 4.5. Sistema operacional de adsorção em coluna de leto fixo. ......................................... 68 
Figura 4.6. Processo de agitação para a obtenção da solução semi sintética de AP. ................... 70 
Figura 5.1. Efeito do tratamento térmico e químico da CCC na remoção de Cu2+. .................... 74 
Figura 5.2. Licor formado após o pré-tratamento com NaOH 0,1 M. ......................................... 75 
Figura 5.3.. pH ponto de carga zero(pcz) da biomassa natural (CCC), ativada com NaOH 
(CCC_Na) e calcinada (CCC_cal). ............................................................................................. 77 
Figura 5.4. Representação dos grupos ácidos da titulação de Boehm. ........................................ 78 
Figura 5.5. Espectros de FTIR da casca da castanha de caju natural (CCC), tratada com NaOH 
(CCC_Na) e calcinada (CCC_Cal). ............................................................................................ 79 
Figura 5.6. Imagem por microscopia eletrônica de varredura do material bioadsorvente natural, 
em ampliação de 200(a), 500(b),2000(c) vezes. ......................................................................... 81 
Figura 5.7. Imagem por microscopia eletrônica de varredura do material bioadsorvente calcinado, 
em ampliação de 200(a), 500(b),2000(c) vezes. ......................................................................... 81 
Figura 5.8. Imagem por microscopia eletrônica de varredura do material bioadsorvente ativado, 
em ampliação de 200(a), 500(b),2000(c) vezes. ......................................................................... 82 
Figura 5.9. Influência do pH na remoção dos íons metálicos (Cu2+, Pb2+ e Cr3+). ...................... 83 
 
 
Figura 5.10. Cinética de adsorção dos íons metálicos na solução multielementar de Cu2+, Pb2+ e 
Cr3+ utilizando o bioadsorvente CCC_Na. .................................................................................. 85 
Figura 5.11.Modelo cinético de pseudo primeira ordem na adsorção dos íons Cu2+, Pb2+e Cr3+.86 
Figura 5.12. Modelo cinético de pseudo segunda ordem na adsorção dos íons Cu2+, Pb2+e Cr3+.
 .....................................................................................................................................................87 
Figura 5.13. Modelo cinético de difusão intrapartícula na adsorção dos íons Cu2+, Pb2+ e Cr3+. 89 
Figura 5.14. Isotermas de adsorção monoelementar para o íon de Cu2+(a), Pb2+ (b) e Cr3+ (c) no 
CCC_Na. ..................................................................................................................................... 91 
Figura 5.15. Comparação dos ajustes dos modelos de Langmuir, Freudlich e Redlich-Peterson 
para os dados experimentais da adsorção monoelementar para os íons metálicos Cu2+(a), Pb2+ (b) 
e Cr3+ (c). ..................................................................................................................................... 92 
Figura 5.16. Isotermas de adsorção multielementar para o íon os íons metálicos Cu2+(a), Pb2+ (b) 
e Cr3+ (c). ..................................................................................................................................... 95 
Figura 5.17.Comparação dos ajustes dos modelos de Langmuir, Freudlich e Redlich-Peterson para 
os dados experimentais da adsorção multielementar para os íons metálicos Cu2+(a), Pb2+ (b) e Cr3+ 
(c). ............................................................................................................................................... 96 
Figura 5.18. Tipos de mecanismo de adsorção. ........................................................................ 100 
Figura 5.19. Curva de ruptura da adsorção de metais (Cu2+, Pb2+ e Cr3+) no leito adsorvente CCC_ 
NaOH. ....................................................................................................................................... 102 
Figura 5.20. Porcentagem de remoção dos íons metálicos no leito adsorvente utilizando o HCl 0,1 
mol/L como eluente. .................................................................................................................. 105 
Figura 5.21. Eficiência de remoção dos íons metálicos em função do número de ciclos de 
utilização do leito adsorvente do CCC_Na. .............................................................................. 105 
Figura 5.22. Curva de ruptura do TOG na solução semi sintética de água produzida 40 mg/L no 
leito adsorvente com carvão da casca da castanha de caju tratado com NaOH ........................ 108 
Figura 5.23. Água produzida semi sintética antes de percolar na coluna (a); com 20 min de 
tratamento (b); com 170 min de tratamento (c). ........................................................................ 108 
Figura 5.24. Diagrama de pareto da resposta da remoção de cobre para o tratamento proposto.
 ................................................................................................................................................... 111 
Figura 5.25. Superfície de resposta da remoção de cobre para o tratamento proposto. ............ 111 
Figura 5.26. Superfície de contorno da remoção de cobre para o tratamento proposto. ........... 112 
 
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file:///C:/Users/KARIN/Google%20Drive/DOUTORADO_KARINE/A%20KARINE%20-%20TESE/Tese%20de%20defesa%20de%20doutorado%20Karine%20Fonseca_versão%20final.docx%23_Toc72572078
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 2.1. Concentração de metais na água produzida no mundo. ............................................ 25 
Tabela 2.2. Teores de compostos orgânicos encontrados na água produzida no mundo. ........... 27 
Tabela 2.3. Teor de Produtos Químicos presentes nas águas produzidas. .................................. 28 
Tabela 2.4.Tabela dos parâmetros máximos para TOG e metais para descarte de água produzida 
segundo CONAMA. .................................................................................................................... 30 
Tabela 2.5. Tecnologia aplicada para remoção de contaminantes dissolvidos. .......................... 32 
Tabela 2.6. Características da adsorção física e química. ........................................................... 34 
Tabela 2.7. Modelos usados para cinética de adsorção. .............................................................. 35 
Tabela 2.8. Valores do fator de separação (RL) de acordo com o tipo de isoterma..................... 38 
Tabela 2.9. Principais modelos de isotermas utilizados na literatura. ......................................... 39 
Tabela 2.10. Parâmetros físicos para coluna de leito fixo. .......................................................... 43 
Tabela 2.11. Aplicação de materiais lignocelulósicos como bioadsorventes. ............................. 46 
Tabela 2.12. Produção de castanha de caju mundial em 2017. ................................................... 49 
Tabela 4.1. Reagentes utilizados durante o estudo. ..................................................................... 59 
Tabela 4.2. Tratamento do Material. ........................................................................................... 60 
Tabela 4.3. Condições operacionais do espectrofotômetro de absorção atômica. ...................... 67 
Tabela 4.4. Normas e procedimentos para a caracterização da AP. ............................................ 70 
Tabela 4.5. O valor dos fatores do planejamento fatorial completo 32 ....................................... 72 
Tabela 5.1. Densidade da Biomassa. ........................................................................................... 76 
Tabela 5.2. Análise do teor de cinza dos bioadsorventes caracterizados. ................................... 76 
Tabela 5.3. Principais grupos de superfície ácidos e básicos presentes na casca da castanha de 
caju natural (CCC), tratada com NaOH (CCC_Na) e calcinada (CCC_Cal). ............................. 78 
Tabela 5.4. Posição dos picos dos espectros de FTIR. ................................................................ 80 
Tabela 5.5. Parâmetros cinéticos de pseudoprimeira ordem para a adsorção dos íons Cu2+, Pb2+e 
Cr3+. ............................................................................................................................................. 86 
Tabela 5.6. Parâmetros cinéticos de pseudosegunda ordem para a adsorção dos íons Cu2+, Pb2+ e 
Cr3+. ............................................................................................................................................. 88 
Tabela 5.7. Parâmetros cinéticos de difusão intrapartícula para a adsorção dos íons Cu2+, Pb2+e 
Cr3+. ............................................................................................................................................. 89 
Tabela 5.8. Parâmetros dos ajustes dos modelos Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson para 
os dados experimentais da adsorção monoelementar para os íons metálicos íons metálicos Cu2+, 
Pb2+ e Cr3+. .................................................................................................................................. 93 
Tabela 5.9. Capacidade de adsorção de vários bioadsorventes em soluções monoelementares . 94 
Tabela 5.10. Parâmetros dos ajustes dos modelos Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson para 
os dados experimentais da adsorção multielementar para os íons metálicos Cu2+, Pb2+ e Cr3+. . 97 
 
 
Tabela 5.11. Propriedades dos íons metálicos Cu2+, Pb2+ e Cr3+ (Atkins e Paula, 2009). ........... 98 
Tabela 5.12. Valores de Qeq obtidos e parâmetros termodinâmicos de adsorção para os íons de 
Cu2+, Pb2+ e Cr3+ usando o adsorvente CCC_Na ......................................................................... 99 
Tabela 5.13. Parâmetros físicos da coluna de adsorção do leito fixo utilizando o bioadsorvente 
CCC_Na. ................................................................................................................................... 101 
Tabela 5.14. Parâmetros operacionais da coluna de leito fixo. ................................................. 103Tabela 5.15. Parâmetros da AP e comparação com os valores do CONAMA.......................... 107 
Tabela 5.16. Resultado dos parâmetros da curva de ruptura do TOG. ...................................... 109 
Tabela 5.17. O valor dos fatores do planejamento fatorial completo 32. .................................. 110 
Tabela 8.1. Delineamento experimental no planejamento fatorial completo 32 ........................ 126 
Tabela 8.2. Coeficientes de regressão do planejamento fatorial completo. .............................. 127 
Tabela 8.3. Resultados da ANOVA para o planejamento fatorial completo 32. ....................... 128 
Tabela 8.4.Valores previstos pelo modelo para o planejamento fatorial completo 32. .............. 129 
 
 
 
 
INDICE DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ACC - Amêndoa daCastanha De Caju 
ANOVA - Análise de Variância 
ANP - Agência Nacional de Petróleo 
AP - Água produzida 
ASR - Análise de Superfície de Resposta 
BET - Brunauer, Emmett e Teller 
BTEX - Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno 
CCC - Casca da Castanha de Caju 
CCC_AC - Casca da Castanha de Caju tratada com ácido cítrico 
CCC_Cal - Casca da Castanha de Caju calcinada 
CCC_HO - Casca da Castanha de Caju tratada com Peróxido de hidrogênio 
CCC_Na - Casca da Castanha de Caju tratada com NAOH 
CENPES - Centro de Pesquisas Leopoldo Américo Miguez de Mello 
CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento 
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente 
CTGÁS-ER – Centro De Tecnologia do gás e energias renováveis 
DOE - Design of Experiments 
EAA - Espectrofotômetro De Absorção Atômica 
EMPARN - Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte 
EPA - Environmental Protection Agency 
EUA – Estado Unidos da América. 
FRX- Fluorescência de Raios-X 
HPA - Hidrocarbonetos Poliaromáticos 
 
 
IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente 
IQ- Instituto de Química 
LABTAM - Laboratório de Tecnologia Ambiental 
LCC - Líquido da casca da castanha 
MCNR- Mistura Complexa Não Resolvida 
MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura 
NUPPRAR – O Núcleo de Processamento Primário e Reúso de Água Produzida e resíduos 
THP - Total de hidrocarbonetos de petróleo 
TOG - Teor de óleo e graxas 
UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
 
 
 
19 
 
 
 
 
 
 
 
________________________________ 
CAPÍTULO 1 
INTRODUÇÃO 
________________________________ 
 
 
 
 
20 
 
1. INTRODUÇÃO 
Água produzida (AP) ou água de produção são os termos utilizados na indústria do 
petróleo referentes ao efluente líquido extraído junto com o óleo durante a exploração de petróleo. 
A AP pode ser representada pela mistura da água de formação (maior fração presente), água de 
condensação, água de injeção dos processos de recuperação secundária e a água que é utilizada 
para dessalinização do petróleo produzido (Dickhout et al., 2017). 
A composição da AP é complexa e tóxica, portanto, seu descarte indevido gera danos ao 
meio ambiente, assim como problemas operacionais durante a produção (Kabyl et al., 2020). Suas 
propriedades físicas, químicas e biológicas variam de acordo com a formação geológica, 
características geoquímicas e a profundidade em que o poço está localizado (Bezerra et al., 2019). 
Dentre os compostos existentes na AP, encontra-se alguns metais em maior concentração, tais 
como vanádio e níquel, mercúrio, cadmio, chumbo, zinco, cobre, cromo, arsênio, cobalto, ferro, 
magnésio, manganês, fósforo e prata (Al-Ghouti et al., 2019). Atualmente, a poluição por metais 
tem se tornado um dos problemas ambientais mais preocupantes, pois estes compostos são 
altamente móveis no ambiente, não biodegradável e bioacumulativo na cadeia alimentar, por isso, 
totalmente nocivo à saúde humana, a fauna e a flora (Agarwal et al., 2020; Al-Ghouti et al., 2019). 
A indústria petrolífera tem buscado cada vez mais alternativas de tratamentos para 
enquadramento destes contaminantes nos limites aceitáveis da resolução do CONAMA n° 430, 
de 13 de maio de 2011. Nos últimos anos, vários métodos como coagulação e floculação, 
osmose reversa, oxidação química, tratamentos biológicos, fotodegradação e adsorção têm sido 
desenvolvidos para o tratamento de metais e outros contaminantes na AP (Al-Ghouti et al., 2019). 
Entre as diversas tecnologias desenvolvidas, a adsorção é a técnica mais popular, por ser de fácil 
manuseio e com alta eficiência, assim como é capaz de remover uma diversidade de adsorventes 
(SenthilKumar et al., 2011). 
O carvão ativado tem sido o adsorvente mais usado comercialmente, pois tem uma grande 
área específica, características microporosas e uma alta capacidade de adsorção (Witek-Krowiak, 
2012) . Porém, há uma desvantagem, o carvão ativado é caro e com um custo de operação relativa-
mente alto quando se trata de operações em larga escala, sendo ainda necessário a regeneração do 
material após cada ciclo de adsorção (Bhatnagar e Sillanpää, 2011; Schwantes et al., 2018). Uma 
das alternativas para substituir o carvão ativado são os materiais lignocelulósicos como 
bioadsorventes. Seu uso tem sido bastante promissor devido ao baixo custo, alta eficiência, fácil 
regeneração e a possibilidade de recuperação do metal (SenthilKumar et al., 2011). A capacidade 
de troca e as características gerais de sorção são derivadas dos seus constituintes tais como: 
celulose, hemicelulose e lignina, que contém uma variedade de grupos funcionais que são capazes 
de adsorver diversos contaminantes (Velazquez-Jimenez, Pavlick e Rangel-Mendez, 2013). 
 
21 
 
Diversos trabalhos têm investigado o uso de resíduos agroindustriais como 
bioadsorventes na remoção de contaminantes em poluentes ambientais. Algumas biomassas 
estudadas obtiveram resultados satisfatórios na adsorção de metais, tais como casca de girassol 
(Witek-Krowiak, 2012) sementes de Crambe abyssinica Hochst (Rubio et al., 2013), pele de 
toranja (Torab-Mostaedi et al., 2013), óleo de palma e casca de coco (Rahman et al., 2014), cinza 
do bagaço da cana (Ferreira et al., 2015), casca de amendoim (Ali et al., 2016), resíduo de madeira 
pinus (Schwantes et al., 2018), casca de banana, madeira de eucalipto, espiga de milho, folha de 
milho (Santos et al., 2019), fibras de aguapé (Eichhornia crassipes) (Neris, Luzardo, Francisco 
H.M., et al., 2019), 
Neste contexto, a casca da castanha de caju (CCC) também é um material lignocelulósico 
proveniente do beneficiamento do caju (Anarcadium accidentale L). A cultura do caju é de 
fundamental importância para a economia do Nordeste brasileiro, a qual o principal produtor em 
2017 é o estado do Ceará, e em segundo lugar, encontra-se o estado do Piauí, e em terceiro o 
estado do Rio Grande do Norte, cuja maior produção de castanha de caju é proveniente do interior 
do estado. As cidades de Serra do Mel, Mossoró e Macaíba são as regiões que mais se destacam 
por deterem 61% da produção do estado (CONAB, 2019). 
No nordeste brasileiro, o beneficiamento das castanhas é realizado por cooperativas de 
produtores rurais, pequenas fábricas e até grandes indústrias, gerando empregos e proporcionando 
postos de trabalho para as pessoas do campo. Nas cooperativas e pequenas fábricas, a mão de 
obra é mais intensificada, principalmente pelo corte manual, que visa separar a amêndoa da casca, 
na qual há um melhor rendimento na obtenção do LCC (Líquido da Casca da Castanha) e da 
amêndoa inteira. Enquanto que, nas grandes industrias existe etapas mecanizadas para o corte da 
castanha, aumentando assim a produtividade (Coelho et al., 2014). 
A criação de sistemas agroindustriais sustentáveis tem sido uma busca junto às cadeias 
produtivas agropecuárias. Atualmente, ações estão sendo implementadas visando o 
desenvolvimento de tecnologias e processos que possibilitam o aproveitamento integral do caju 
(Pessoa e Rigotto, 2012). A CCC é um subproduto do beneficiamento do caju e devidoàs suas 
características físico-químicas tem um grande potencial para o seu uso como bioadsorvente no 
tratamento de água produzida, além do mais, a reutilização desse subproduto favorece a economia 
circular, de modo que, o resíduo gerado no processo é reaproveitado, atribuindo assim um valor 
econômico e auxiliando a economia local. 
Diante do exposto, pesquisadores tem buscado cada vez mais soluções socioambientais 
para o tratamento de efluentes utilizando bioadsorventes, que são materiais renováveis e que 
podem ser reinseridos no processo produtivo de forma a agregar valor econômico para esses 
produtos. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um bioadsorvente eficiente e de 
 
22 
 
baixo custo, a partir da casca da castanha de caju, para a remoção de íons metálicos (Cu2+, Pb2+ e 
Cr3+) e TOG (Teor de óleos e graxas), através do estudo de adsorção em batelada e em coluna de 
leito fixo. Os metais foram escolhidos devido à abundância em outros tipos de efluentes 
industriais, não só na AP, assim como, a periculosidade causada à saúde humana e ao meio 
ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
________________________________ 
CAPÍTULO 2 
REVISÃO DA LITERATURA 
________________________________ 
 
 
 
Revisão da Literatura 
24 
 
2. REVISÃO DA LITERATURA 
2.1. Água produzida 
A água produzida (AP) ou água de produção são os termos utilizados na indústria do 
petróleo referentes à água aprisionada nas formações subterrâneas que é trazida à superfície 
juntamente com petróleo e gás durante as atividades de produção desses fluidos (Dickhout et al., 
2017). 
A quantidade de AP gerada está intimamente associada aos mecanismos natural ou 
artificial da produção de petróleo ou a vida do campo de produção. O mecanismo natural 
representa a água conata, ou seja, aquela que é encontrada naturalmente na própria formação 
geológica, residente nos poros das rochas do reservatório juntamente com o petróleo ou gás. O 
outro mecanismo é o artificial, um método de recuperação secundária que se faz necessário, pois 
à medida que a pressão do reservatório diminuiu, o petróleo não possui pressão suficiente para 
emergir à superfície, logo a água é injetada a um pressão suficiente que seja capaz de forçar o 
petróleo a migrar para a superfície (Carvalho, 2016; Santiago, 2009). 
Na indústria de óleo e gás, o descarte de água produzida é uma das maiores preocupações 
devido ao elevado volume e a complexidade da sua composição. Diante disso, as políticas 
públicas de fiscalização ambiental estão cada vez mais rígidas, levando em consideração os 
aspectos técnicos, operacionais e ambientais. Em contrapartida, as indústrias geradoras deste tipo 
de efluente investem em tratamentos para que o gerenciamento e descarte da AP seja realizada de 
forma eficiente e dentro dos padrões estabelecidos pelos órgãos competentes, acarretando custos 
elevados, representando um percentual significativo na produção (Motta, da et al., 2013). 
2.1.1. Composição da Água Produzida 
A água produzida é uma mistura complexa de componentes orgânicos e inorgânicos 
particulados e dissolvidos. As propriedades físicas, químicas e biológicas variam de acordo com 
a sua formação geológica, características geoquímicas e a profundidade em que o poço está 
localizado (Al-Ghouti et al., 2019). Estudos específicos para cada região devem ser feitos, pois 
suas características variadas de região para região e tais estudos auxiliam na investigação dos 
riscos ambientais envolvidos durante o descarte. 
A composição da AP efluente no poço é obtida através da junção da composição natural 
do poço com a composição dos produtos adicionados nos diversos processos de produção do 
petróleo (Kabyl et al., 2020). Geralmente, os maiores constituintes que estão presentes na água 
produzida incluem: teor de sais, sólidos totais dissolvidos (STD), teor de óleo e graxas (TOG), 
hidrocarbonetos poliaromáticos (HPAs), benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX), fenóis, 
Revisão da Literatura 
25 
 
ácidos orgânicos, compostos orgânicos e inorgânicos; e aditivos químicos, tais como biocidas e 
inibidores de corrosão que são usados durante o processo de perfuração, exploração e operação 
(Bezerra et al., 2019; Kabyl et al., 2020; Lima, 2009). 
2.1.1.1. Metais 
Os elementos com massa específica acima de 5 g/cm3 e peso atômico entre 63,5-200,5 
gsão conhecidos como metais pesados (Fu e Wang, 2011). Os metais e alguns íons metálicos 
estão presentes na água produzida em alta concentração, sendo originados a partir de três fontes 
principais: (1) Na formação geológica, eles são incorporados na AP de forma natural, mesmo que 
em concentrações muito baixas. (2) Devido ao desgaste dos equipamentos da operação. (3) pela 
composição do próprio óleo, já que contém traços de metal que, consequentemente, contaminam 
a AP (Garcia, 2006). A AP contém metais tais como alumínio, ferro, cadmio, chumbo, cobre, 
zinco, níquel e cromo (Al-Ghouti et al., 2019). Estes metais são tóxicos em quantidades elevadas, 
não biodegradáveis e biocumulativos, acarretando danos ao meio ambiente e à saúde humana 
(Agarwal et al., 2020; Al-Ghouti et al., 2019). A Tabela 2.1 apresenta as concentrações dos metais 
encontrados na água produzida das reservas de petróleo no mundo. 
Tabela 2.1. Concentração de metais na água produzida no mundo. 
Fonte: Bezerra et al. (2019). 
Neste trabalho foi dado maior ênfase ao estudo de remoção dos íons de Cu2+, Pb2+ e Cr3+ 
dos meios aquosos. Estes metais foram escolhidos por apresentarem alta toxicidade e habilidade 
cumulativa em corpos humanos e animais causando várias doenças e problemas físicos. Além 
disso, são frequentemente encontrados em efluentes industriais, especialmente na água produzida 
de petróleo. 
 O cobre (Cu) é o elemento de número 29 na tabela periodica e um dos mais abundantes 
na crosta terrestre (Silva et al., 2019). Os traços de cobre são essenciais para o crescimento de 
plantas e animais, ele participa na formação das hemácias e leucócitos, sendo necessário uma dose 
diária na alimentação humana de 4 a 5 mg por dia, e sua deficiência pode resultar na incapacidade 
de aproveitar o ferro armazenado no fígado, provocando anemia (Azevedo et al., 2003). No 
entanto, a inalação dos vapores de cobre em excesso pode causar a febre metálica, em que o 
indivíduo sente o gosto de metal na boca, febre, náuseas, vomito e diarreia. E a absorção em 
excesso de cobre pelo organismo causa a deposição desse metal em diversos órgãos, levando à 
doenças no cérebro e coração, ossos, fígado e pâncreas (Bilal et al., 2013). 
Metal Fe Al B Ba Cd Cr Cu Pb Zn 
Concentração 
(mg/L) 
0,1- 100 310-410 5-95 1,3-650 <0,2 0,02-1.1 <1,5 0,002-8,8 0,01-35 
Revisão da Literatura 
26 
 
O chumbo (Pb) é um dos contaminantes mais comuns do ambiente sendo o número 
atômico 82 na tabela periódica. Este metal não possui nenhuma função metabólica no organismo 
humano e sua contaminação nos seres vivos pode ocorrer indiretamente através do contanto com 
a água contaminada, ar ou alimento (Melchiori et al., 2010). Segundo o Centers for Disease 
Control and Prevention dos EUA (2018), o nível de chumbo no sangue considerado como 
neurotóxico em crianças é de 10 µg/dL. Seus efeitos tóxicos sobre os homens e animais já são 
conhecidos há muito tempo por afetarem praticamente todos os órgãos e sistemas do corpo 
humano – sistema nervoso central, sangue e rins, levando o indivíduo a morte. Em baixas doses, 
acarreta a alteraçao da hemoglobina causando anemia, insônia, dores de cabeça, irritabilidade e 
fraqueza muscular (Fu e Wang, 2011).. 
O cromo (Cr) é um elemento essencial presente em pequenas proporções em alguns 
alimentos como carnes, cereais integrais, oleaginosas e leguminosas, conhecido por metabolizar 
os carboidratos e lipídios, sendo que sua função está principalmente relacionada com o 
mecanismo da ação da insulina (Ferreira, 2002). A quantidaderecomendada diariamente é de 50-
200µg e a falta desse elemento acarreta diabete e problemas cardiovasculares, quando o 
organismo é exposto a altas doses de cromo por um curto período de tempo pode produzir irritação 
no local de contato, incluindo irritação da mucosa nasal e úlceras na pele (Soliman e Moustafa, 
2020). 
2.1.1.2. Sais solúveis 
Os sais solúveis podem ser oriundos das atividades microbiana na linha de produção e 
das condições geológicas da formação produtora. A salinidade da AP é muito maior do que a 
concentração de sais da água do mar (Al-Ghouti et al., 2019). Os íons cloreto e sódio são os mais 
abundantes, enquanto o fosfato tem uma das concentrações mais baixas (Fakhru’l-Razi et al., 
2009; Kabyl et al., 2020). As altas concentrações dos íons salinos são responsáveis pela corrosão, 
associada aos cloretos, e a incrustação, geralmente associada aos carbonatos e sulfatos, das 
tubulações dos poços. A salinidade da AP pode variar de valores abaixo do aceitável para a água 
potável (250 mg.L-1 para cloretos) até valores muito maiores do que para a água do mar (35.000 
mg.L-1) (Motta, da et al., 2013). 
2.1.1.3. Compostos Orgânicos 
Os compostos orgânicos existentes na água produzida podem ser divididos em 3 
categorias (Relatório Técnico CENPES, 2005): 
• Hidrocarbonetos dissolvidos em água: são compostos menos insolúveis na água 
e são representados pelos hidrocarbonetos monoaromáticos voláteis tais como: 
benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX). 
Revisão da Literatura 
27 
 
• Hidrocarbonetos dispersos: o óleo está disperso na água sob a forma de gotículas, 
formando hidrocarbonetos praticamente insolúveis. Esse tipo de solução é a mais 
difícil de ser separada, uma vez que os diâmetros das gotas são na ordem de 
micrometros. Nesta classe, estão incluídos: teor de óleos e graxas (TOG), total de 
hidrocarbonetos do petróleo (THP), hidrocarbonetos alifáticos (n-alcanos e 
MCNR- mistura complexa não resolvida) e os hidrocarbonetos poliaromáticos 
(HPA) 
• Compostos orgânicos dissolvidos: Estão incluídos nesta categoria os fenóis e os 
ácidos, que não são hidrocarbonetos, porém tem grande relevância no aspecto 
ambiental devido à preocupação com o efeito tóxico causado por estes 
compostos, pois são resistentes a biodegradação (Klemz et al., 2020). 
Na Tabela 2.2 tem-se os teores de compostos orgânicos encontrados na água produzida 
da literatura. 
Tabela 2.2. Teores de compostos orgânicos encontrados na água produzida no mundo. 
Componente Faixa de concentração (mg/L) 
Ácido orgânico 0,001 – 10.000 
Hidrocarboneto alifático 17 – 30 
BTEX 0,068 – 578 
HPA 0,04 – 3 
Fenol 0,4 – 23 
TOG 2 – 560 
Fonte: Al-Ghouti et al. (2019) e Kabyl et al. (2020). 
Dentre as muitas classes de poluentes orgânicos, um dos regularmente encontrados na AP 
são os óleos e graxas. Os óleos e as graxas possuem baixa afinidade com a água e são substâncias 
que incluem hidrocarbonetos, gorduras, ácidos, sabões lipídios e ceras, devido a sua complexa 
composição, esta classe de poluente é de dificil remoção. Essas substâncias possuem uma baixa 
biodegradabilidade impactando na biosfera, pois mesmo uma fina camada de óleo afeta a vida 
aquática diminuindo a penetração da luz e a transferência de oxigênio entre o ar e a água, causando 
a morte nos animais e plantas aquáticas (Fakhru’l-Razi et al., 2009; Pintor et al., 2016; Wahi et 
al., 2013). 
2.1.1.4. Produtos químicos adicionados 
Os produtos químicos adicionados têm como objetivo minimizar ou evitar problemas 
operacionais durante a produção de petróleo e gás. Esse agentes inseridos no processo são 
aditivos, inibidores de corrosão e incrustação, biocidas, desemulsificantes, inibidores de 
Revisão da Literatura 
28 
 
deposição de parafinas/asfaltenos, antiespumantes, coagulantes e floculantes (Al-Ghouti et al., 
2019). 
A Tabela 2.3 abaixo mostra os valores dos produtos químicos encontrados no mar do 
norte, os dados foram adaptados dos valores relatados segundo (Gabardo, 2007). 
Tabela 2.3. Teor de Produtos Químicos presentes nas águas produzidas. 
Constituintes Campo de Petróleo (mg/L) 
Inibidor de Corrosão 0,3 – 10 
Inibidor de Incrustação 0,2 – 30 
Glicol 7,7 – 2.000 
Fonte: Al-Ghouti et al. (2019). 
2.1.2. Dados da geração de água produzida 
As atividades de produção de petróleo e gás são responsáveis pela geração de uma enorme 
corrente de efluentes líquidos, e grande parte desse volume é representado pela água produzida. 
A água produzida gerada da produção de gás natural ou óleo não tem um volume constante ou 
específico. Em 2017, a produção estimada de AP no mundo foi de 270 milhões de barris por dia 
comparado com 90 milhões de barris de óleo. Como resultado, a razão água/óleo é 
aproximadamente 3:1, isto é, quase o triplo da produção de água em relação ao óleo (Al-Ghouti 
et al., 2019). Nas últimas décadas, a produção global de AP está aumentando devido a maturidade 
dos campos, em alguns casos, quando os campos são maduros e o poço está depletado, a água 
produzida pode atingir 98 % da produção, ou seja, aqueles em que a vida produtiva está chegando 
ao fim a quantidade de produto fóssil é apenas 2 %. 
Segundo a Base de Dados da ANP, no Brasil, as operadoras de produção offshore 
registraram um volume de água produzida de aproximadamente 110 milhões de m³, enquanto que 
a produção de petróleo foi de 137 milhões de m³, resultando em uma razão água:óleo de 0,80:1. 
A diferença constatada entre a atividade de produção brasileira e a média mundial (3:1) se deve 
principalmente à idade dos campos brasileiros e ao início da atividade de exploração offshore ser 
mais recente comparado com o resto do mundo. No Brasil, os maiores volumes de AP ocorrem 
nos estados do Rio de Janeiro (RJ) e Rio Grande do Norte (RN). No RN, a geração de AP triplicou 
nos últimos 10 anos, atingindo mais de 11 milhões de metros cúbicos em 2018 (ANP, 2018). 
2.1.3. Impactos e legislação ambiental 
O descarte indevido da água produzida pode gerar danos irreparáveis ao meio ambiente, 
podendo ser a curto ou longo prazo. Alguns contaminantes presentes permanecem dissolvidos, ao 
passo que outros tendem a sair da solução. Acredita-se que os efeitos mais nocivos ao meio 
ambiente são daqueles que permanecem em solução após o descarte da água. As altas 
Revisão da Literatura 
29 
 
concentrações de sais, metais, orgânicos e inorgânicos e material radioativo podem contaminar 
os corpos d‘água e aquíferos, prejudicando a fauna, flora e também a saúde humana, além de 
danos a própria produção de petróleo e gás através da reinjeção da mesma água (Lima, 2018; 
Vieira, 2016). 
A Figura 2.1 mostra um fluxograma dos principais fins existentes para a água produzida: 
descarte, injeção e reuso. 
Figura 2.1. Fluxograma do tratamento da Água Produzida. 
 
Fonte: Adaptado de Costa (2017). 
O tratamento do efluente depende de diversos fatores tais como composição final, em 
qual região a atividade está inserida, assim como as medidas preventivas e corretivas adotadas 
durante a produção de petróleo e gás. A salinidade e o teor de óleo e metais presentes na AP se 
destacam pela toxicidade e são essenciais para a escolha dos processos de tratamento e do local 
de descarte do resíduo tratado. 
A elevada concentração de componentes orgânicos pode provocar efeitos antiestáticos 
em águas superficiais, também são tóxicos para a flora marítima e em rios altera a potabilidade e 
o gosto da água. Os orgânicos solúveis e emulsificados são de difícil remoção causando efeitos 
tóxicos agudos. Já o contato superficial dos seres humanos ou animais com a água causa dermatite 
e irritações na pele, e a ingestão uma grave intoxicação, podendo levar a morte. A salinidade é 
responsável pela corrosão e a incrustação nas instalações de produção, transporte e refino. No 
descarte onshore, a composição do efluente pode acarretar danos irreversíveis aos corpos hídricos, 
contaminaçãode solo e emissões atmosféricas (Dórea et al., 2007). 
No Brasil, como em qualquer país no mundo, existem leis ambientais que regulamentam 
o descarte de resíduos líquidos sobre os corpos d’água com o intuito de limitar a quantidade de 
contaminantes que será descartado de acordo com a classe da água em que o efluente é descartado. 
Revisão da Literatura 
30 
 
A norma federal que rege o descarte de efluente em corpos hídricos no Brasil é a resolução n° 
430, de 13 de maio de 2011, regulamentada pelo CONAMA – Conselho Nacional do Meio 
Ambiente, a qual classifica os corpos de água e ainda traça outras diretrizes ambientais, tais como 
estabelecer as condições necessárias para o lançamento de efluentes em corpos hídricos. No 
entanto, cada estado e município tem seus próprios decretos e os limites de contaminação devem 
ser estabelecidos de modo que não modifique a qualidade do corpo hídrico. 
O principal parâmetro monitorado é o teor de óleo e graxas (TOG), cujo valor permitido 
deve estar dentro dos limites estabelecidos 20 mg/L para a média aritmética mensal. Para descarte 
em plataformas marítimas de petróleo, aplica-se a resolução n° 430/2011 do CONAMA, que 
estabelece uma média aritmética simples mensal de 29 mg/L, com valor máximo diário de 42 
mg/L. Para a injeção de poços, a água deverá ter no máximo 5 mg/L de TOG. Os valores 
estabelecidos para descartes em plataformas marítimas e injeção de poços se enquadram com 
aqueles estabelecidos pela EPA –Environmental Protection Agency, agência regulamentadora nos 
EUA – Estado Unidos da América. 
A Tabela 2.4 faz um breve resumo da quantidade máxima permitida de alguns metais e 
TOG pela resolução n° 430/2011 do Conama. 
Tabela 2.4.Tabela dos parâmetros máximos para TOG e metais para descarte de água 
produzida segundo CONAMA. 
Parâmetro Águas salinas Águas doces Efluentes 
TOG Visivelmente ausente Visivelmente ausente 20 mg/L 
Benzeno 0,005 mg/L 700,0 µg/L ND 
Toluento 2,0 µg/L 215,0 µg/L ND 
Etilbezeno 90,0 µg/L 25,0 µg/L ND 
Xileno 300,0 µg/L ND ND 
Fenóis totais 0,003 mg/L 60,0 µg/L 0,5 mg/L 
Cu 0,005 mg/L 0,009 mg/L 1,0 mg/L 
Cr 0,05 mg/L 0,05 mg/L 0,5 mg/L 
Ni 0,025 mg/L 0,025 mg/L 2,0 mg/L 
Pb 0,01 mg/L 0,01 mg/L 0,5 mg/L 
Zn 0,09 mg/L 0,18 mg/L 5,0 mg/L 
pH 6,5 a 8,5 6,0 a 9,0 5,0 e 9,0 
ND: não detectável Fonte: CONAMA (2011). 
Revisão da Literatura 
31 
 
2.1.4. Tratamento da Água Produzida 
O tratamento da AP tem como finalidade recuperar o óleo residual e, em seguida, tratá-la 
de modo que possa ser reinjetada no processo ou descartada de forma segura em locais adequados, 
que irá depender de vários fatores tais como: volume produzido, composição da água, localização 
do campo e limites estabelecidos pela legislação ambiental vigente. 
O processo deve ser economicamente viável e com uma elevada eficiência de remoção, e 
no caso de plataformas marítimas, o processo deve ser otimizado para que seja compacto e leve 
devido ao pouco espaço disponível nestas unidades. Os tipos de tratamento podem ser 
classificados, de acordo com a necessidade da remoção: método de remoção de compostos 
dispersos e método de remoção de compostos dissolvidos. 
2.1.4.1. Método de remoção de compostos dispersos 
O tratamento da água produzida se inicia desde a cabeça do poço, onde os fluidos são 
transferidos para um sistema de separação. Os separadores bifásicos (Figura 2.2) são usados para 
separar o gás natural e os líquidos, ao passo que os separadores trifásicos separam o gás natural, 
os hidrocarbonetos líquidos e a água produzida. 
Figura 2.2. Seções de separação de um separador horizontal bifásico de petróleo. 
 
Fonte: Kunert et al., 2007. 
Os separadores não são eficientes na remoção de compostos estáveis, neste caso, são 
empregados tanques de decantação de grandes dimensões e com um alto tempo de residência, 
tornando a separação mais eficiente. Ao final, a água produzida ainda possui uma quantidade 
muito elevada de hidrocarbonetos que ainda precisam ser removidos antes do descarte (Lima, 
2009). 
A partir de então, são usados métodos combinados, visando obter a máxima eficiência na 
separação dos compostos dispersos na água. Dentre os métodos convencionais de tratamento tem-
Revisão da Literatura 
32 
 
se os que abrangem os sistemas de filtração em meio granular, flotação por gás induzido ou 
dissolvido, centrifugação e o uso de hidrociclones (Capps, 1993). 
2.1.4.2. Método de remoção de compostos dissolvidos 
Os compostos dissolvidos são tratados com maior rigor, pois são certamente os maiores 
poluidores do meio aquático em que a água produzida será descartada. Algumas técnicas são 
aplicadas para compostos específicos. A Tabela 2.5 apresenta os principais tratamentos existentes 
para a remoção de metais, compostos orgânicos e produtos químicos dissolvidos. 
Tabela 2.5. Tecnologia aplicada para remoção de contaminantes dissolvidos. 
Material orgânico e produtos químicos Metais pesados 
Tratamento biológico 
Filtração por membrana Troca iônica 
Adsorção em zeólitas sintéticas Precipitação Química 
Adsorção em carvão ativado Tratamento biológico 
Flotação a gás Coagulação e floculação 
Extração por solvente Adsorção 
Coagulação e floculação 
Fonte: Elaborada pelo autor (Singh et al., 2018). 
Todos os processos citados são considerados eficientes para remoção dos contaminantes 
da água produzida, porém geram subprodutos que necessitam de cuidado durante o manuseio e/ou 
descarte e alguns são economicamente inviáveis. A troca iônica produz ácidos clorídricos 
contaminados com íons metálicos. Já o processo biológico produz uma lama que precisa de 
disposição final. Uma desvantagem do processo de adsorção é a eliminação ou reciclagem do 
adsorvente utilizado para remoção dos contaminantes. O tratamento biológico também pode 
emitir gases poluentes tais como emissões de mercúrio e de H2S. O tratamento com membranas 
requer a troca dos filtros periodicamente (Santiago, 2009). 
A adsorção em carvão ativado e a oxidação biológica têm sido utilizadas como processos 
para a remoção de metais em sistemas de tratamento onshore. No caso de sistemas de tratamento 
instalados em áreas offshore, são utilizadas outras tecnologias, tais como: troca iônica, 
coagulação/floculação e precipitação eletroquímica, apesar dos problemas de separação e descarte 
dos precipitados formados, como também dos altos custos de instalação e operacionais. 
2.2. Adsorção 
A adsorção é considerada uma das melhores técnicas de tratamento tanto para a obtenção 
de água de qualidade quanto na redução da concentração de contaminantes. Segundo Spellman 
(2013), o processo de adsorção é capaz de reaproveitar aproximadamente 100% da água 
Revisão da Literatura 
33 
 
produzida e remover quase 85% dos metais pesados existentes no efluente. No entanto, as maiores 
desvantagens deste método são alto custo de instalação e manutenção do sistema, assim como a 
regeneração do material adsorvente. Uma forma de minimizar esses problemas é utilizar 
adsorventes eficazes, com um baixo custo de produção e alta regeneração, e sistemas de adsorção 
mais simples. O carvão ativado se tornou uma alternativa de adsorvente para que este processo se 
torne mais atrativo, podendo ser originado de diversos produtos naturais e sintéticos que não tem 
valor agregado (Al-Ghouti et al., 2019). 
A adsorção é uma operação de transferência de massa em que estuda a capacidade de 
certos materiais sólidos concentrar em sua superfície substâncias existentes em fluidos líquidos 
ou gasosos, possibilitando assim, a separação de alguns componentes destes fluidos (Geankopolis, 
1998). Neste processo físico-químico, os componentes da fase fluida são adsorvidos na superfície 
de um material sólido poroso, e quanto maior a superfície externa do material por unidade de 
massa sólida, mais favorável será adsorção. No estudo de adsorção, o material sólido é chamado 
de adsorvente ea espécie aderida na superfície é chamado de adsorvato ou adsorbato. As 
moléculas presentes na fase fluida são atraídas para a zona interfacial através das forças atrativas 
existentes na superfície do material, que será mais detalhado a seguir (Nascimento et al., 2014). 
O processo depende de vários fatores, tais como: natureza do adsorvente e do adsorvato 
e condições operacionais. As características do adsorvente incluem área superficial específica, 
porosidade, volume específico de poros, distribuição do tamanho de poros, dos grupos funcionais 
presentes na superfície do adsorvente e da natureza do material precursor. Por outro lado, a 
natureza do adsorbato inclui polaridade, tamanho, solubilidade, acidez e basicidade. Por fim, as 
condições operacionais incluem temperatura, pH e natureza solvente. 
O processo de adsorção de um adsorbato em sólidos porosos pode ser descrito segundo o 
mecanismo a seguir (Wan Ngah, Kamari e Koay, 2004): 
1. Contato entre as moléculas do adsorbato e a superfície externa do adsorvente; 
2. Adsorção das moléculas no sítio externo do material; 
3. Difusão das moléculas do adsorbato nos poros do material; 
4. Adsorção das moléculas do adsorbato nos sítios da superfície interna do adsorvente. 
Geralmente, a etapa 3 é predominante nos processos de adsorção, principalmente em 
adsorventes microporosos, como exemplo, o carvão ativado. Entretanto, em adsorventes de 
elevada massa molecular ou com grupos funcionais de alta carga, a etapa 1 também pode ser 
controladora, já que há uma dificuldade de mobilidade do adsorbato para os poros mais internos 
do material. 
Revisão da Literatura 
34 
 
A adsorção pode ocorrer de duas maneiras diferentes, dependendo das forças de interação 
entre as moléculas do adsorbato e a superfície do adsorvente. Existem dois tipos: a adsorção física, 
também chamada de fisissorção e a adsorção química chamada de quimissorção. A Tabela 2.6 
faz um pequeno resumo comparativo das características da adsorção física e adsorção química. 
Tabela 2.6. Características da adsorção física e química. 
Adsorção Física Adsorção Química 
Interação eletrostática de Van der Waals Ligação iônica ou covalente 
Baixo Calor de adsorção (1 a 5 kJ/mol) Elevado calor de adsorção (maior que 20 kJ/mol) 
Não específica Altamente específica 
Ocorre em mono ou multicamadas Ocorre em monocamadas 
Não há reação química Há reação química 
Rápida, reversível e não ativada Lenta, irreversível, ativada 
Não há transferência de elétrons Há transferência de elétrons 
Fonte: Elaborada pelo autor. Nascimento et al. (2014); Ruthven (1985); Santiago (2009). 
Em termos termodinâmicos, a adsorção física ocorre, normalmente, a baixas 
temperaturas, rapidamente e de forma reversível, ela é invariavelmente exotérmica. Já a adsorção 
química ocorre em altas temperaturas, mas na faixa de temperatura dos reagentes, é irreversível e 
pode ser até endotérmica, quando ocorre dissociação das moléculas e completa mobilidade 
bidimensional, causando aumento do grau de liberdade e valores positivos para entropia e 
entalpia. 
2.2.1. Cinética de adsorção 
A cinética de adsorção é a expressão usada para medir a taxa de remoção do adsorvato na 
fase fluida em relação ao tempo, isso pode ocorrer com a transferência de massa de um ou mais 
componentes contidos no líquido para o interior da partícula, iniciando na superfície até a parte 
mais interna. A velocidade de adsorção depende das características físicas e químicas das espécies 
envolvidas no processo, adsorvente e adsorbato, além do sistema experimental, 
consequentemente esses fatores irão influenciar na cinética de adsorção (Sharma e Singh, 2013). 
Diversos modelos cinéticos são usados para interpretar os dados experimentais, a fim de 
compreender a cinética de adsorção, assim como a etapa limitante do processo. Alguns modelos 
lineares servem para examinar o mecanismo controlador do processo de adsorção, tais como, 
reação química, controle de difusão e transferência de massa. Os modelos mais empregados são 
de pseudo primeira ordem e pseudo segunda ordem, quando estes não descrevem bem o processo 
são usados os de difusão intrapartícula, tais como, difusão intrapartícula de Weber e Moris e o 
Revisão da Literatura 
35 
 
modelo cinético de Boyd. Existe, também, o modelo de Elovich que foi desenvolvido para o 
estudo cinético de gases na superfície de um sólido (Nascimento et al., 2014). 
A Tabela 2.7 representa as equações dos modelos cinéticos utilizados no desenvolvimento 
deste trabalho. 
Tabela 2.7. Modelos usados para cinética de adsorção. 
Pseudo primeira 
ordem 
𝒍𝒏(𝒒𝒆𝒒 − 𝒒𝒕) = 𝒍𝒏 𝒒𝒆𝒒 − 𝒌𝟏𝒕 
qt (mg/g): capacidade de adsorção no tempo t 
k1 (1/min): taxa constante da pseudo primeira 
ordem 
Pseudo segunda 
ordem 
𝑡
𝑞𝑡
=
1
𝑘2𝑞𝑒𝑞
2 +
1
𝑞𝑒𝑞
𝑡 
k2 (1/min): taxa constante da pseudo segunda 
ordem 
Difusão 
intrapartícula 
𝑞𝑡 = 𝑘𝑑𝑡
0,5 + 𝐶 
kd (mg/min1/2g): parâmetro de difusão 
intrapartícula 
C (mg/g) intercepto 
Fonte: Elaborada pelo autor, adaptando de Nascimento et al. (2014). 
O modelo cinético de pseudo primeira ordem é uma análise simples baseada na 
capacidade de adsorção dos sólidos, representada pela equação de Lagergren (1898) e foi a 
primeira a ser desenvolvida para um processo de adsorção sólido-líquido (Nascimento et al., 
2014). O valor de k1 pode ser determinado através do gráfico ln (qeq – qt) versus t. 
O modelo de pseudo segunda ordem também descreve a capacidade de adsorção do 
sólido, porém ele prediz o comportamento cinético em toda a faixa de tempo de adsorção. Este 
modelo é muito bem empregado para descrever processos de adsorção que envolvem mecanismos 
químicos. Os valores de qeq e k2 podem ser obtidos através do intercepto e da inclinação da curva 
apresentada no gráfico (t/qt) versus t, respectivamente. Se o modelo cinético de pseudo segunda 
ordem for aplicável, a plotagem de (t/qt) versus t deve apresentar uma relação linear próxima a 1. 
No modelo proposto por Weber e Morris (1963) o fator determinante da velocidade é a 
difusão intrapartícula, também conhecido por modelo de difusão da partícula. 
2.2.2. Isotermas de adsorção 
O equilíbrio de adsorção é um ponto muito importante para o estudo desta operação 
unitária, com ele pode-se obter informações relevantes referentes ao projeto e análise de um 
processo de separação por adsorção. O equilíbrio ocorre quando as moléculas ou íons do 
adsorvato tende a fluir da fase líquida para a superfície do sólido, até que a concentração do soluto 
(adsorbato) na fase fluida (Ceq) seja constante, ou seja, a concentração do adsorbato na solução 
não irá variar. Neste estágio, o equilíbrio da solução foi atingido e a capacidade de adsorção do 
adsorvente (qeq) é determinada segundo a Equação 11 (Nascimento et al., 2014). 
Revisão da Literatura 
36 
 
𝑞𝑒𝑞 =
𝐶𝑖−𝐶𝑒𝑞
𝑚
 𝑥 𝑉 Eq. 1 
Em que qeq é a é a capacidade de adsorção (mg adsorbato/g adsorvente), Ci é concentração 
inicial do adsorbato (mg/L), Ceq é a concentração do adsorbato no equilíbrio (mg/L), m é a massa 
do adsorvente (g) e V é o volume da solução (L). 
Os dados obtidos de qeq e Ceq irão dar origem a um gráfico qeq versus Ceq, onde, qeq está 
na ordenada e Ceq na abscissa, a qual o resultado será uma isoterma de adsorção. O termo isoterma 
significa que os ensaios serão realizados com temperatura constante, sob condições isotérmicas. 
Os testes podem ser repetidos em bateladas e em temperaturas constantes diferentes, obtendo um 
novo conjunto de dados de Ceq e qeq. A Figura 2.3 mostra o exemplo de uma isoterma de 
adsorção. 
Figura 2.3. Exemplo de isoterma de adsorção. 
 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
As formas analíticas das isotermas de adsorção são complexas devido à heterogeneidade 
estrutural e energética da superfície sólida, essas propriedades são características de muitos 
adsorventes usados na prática (Nascimentoet al., 2014). As isotermas apresentam-se em diversas 
formas e estão representadas na Figura 2.4. 
A isoterma linear passa pela origem da coordenada e a quantidade adsorvida é 
proporcional à concentração do fluido. As isotermas convexas são chamadas de favoráveis, pois 
é possível obter uma carga de remoção elevada mesmo que a concentração do adsorbato seja 
relativamente baixa, no caso, da isoterma ser muito favorável, a adsorção é dita irreversível, pois 
Revisão da Literatura 
37 
 
a quantidade adsorvida é independente da diminuição da concentração do adsorbato. A isoterma 
côncava é chamada de não favorável, neste processo de adsorção é necessária uma elevada carga 
do adsorbato no fluido para uma baixa do adsorbato retida na superfície do sólido (McCabe, 
Warren L.; Smith, Julian C.; Harriott, 1991). 
Figura 2.4. Tipos de Isotermas de Adsorção. 
 
Fonte: McCabe, et al., 1991. 
Cada modelo de isoterma parte de diferentes pressupostos que, nem sempre, se adequa a 
uma determinada situação. Dessa forma, é importante conhecer acerca da construção dos modelos 
de isotermas e suas limitações. Dentre os modelos mais utilizados, destacam-se o de Langmuir e 
Freundlich, mas existem outros modelos de isotermas mais complexos como Redlich-Peterson, 
Temkin e Dubiinn-Radushkevich (Nascimento et al., 2014). 
2.2.2.1. Isoterma de Langmuir 
As isotermas de Langmuir são equações muito utilizadas para representação de processos 
de adsorção. Ela parte do pressuposto de que as moléculas são adsorvidas em um número de sítio 
definido e localizado, com adsorção em monocamadas e superfícies homogêneas. As moléculas 
adsorvidas não interagem entre si e cada sítio ativo da superfície só pode acomodar uma molécula 
do adsorbato. Assume-se que, o processo é energeticamente idêntico em todos os sítios, 
independentemente de ter moléculas adsorvidas na vizinhança (Nascimento et al., 2014). A 
expressão matemática que representa a Isoterma de Langmuir é definida como: 
Revisão da Literatura 
38 
 
𝑞𝑒𝑞 =
𝑞𝑚𝑎𝑥𝐾𝐿𝐶𝑒𝑞
1+𝐾𝐿𝐶𝑒𝑞
 Eq. 2 
Em que: qeq é a quantidade do soluto adsorvido por grama de adsorvente na solução 
(mg/g); qmax é a capacidade máxima de adsorção (mg/g); KL é a constante de interação 
adsorbato/adsorvente, constante de Langmuir; Ceq é a concentração do adsorbato no equilíbrio 
(mg/L). 
Um parâmetro muito importante usado no modelo de Langmuir é o grau de 
desenvolvimento do processo de adsorção, RL que é o fator de separação ou parâmetro de 
equilíbrio, sendo uma constante adimensional, calculada pela seguinte equação: 
𝑅𝐿 =
1
1+𝐾𝐿𝐶0
 Eq. 3 
Em que, KL é a constante de Langmuir e C0 é a concentração inicial (mg/L) do adsorbato 
na solução. A Tabela 2.8 apresenta a relação entre o fator de separação e a isoterma, classificando-
a como não favorável, linear, favorável ou irreversível. 
Tabela 2.8. Valores do fator de separação (RL) de acordo com o tipo de isoterma. 
RL Tipo de isoterma 
>1 Não favorável 
=1 Linear 
0<RL<1 Favorável 
0 Irreversível 
Fonte: Elaborado pelo Autor. 
2.2.2.2. Isoterma de Freundlich 
O modelo de Freundlich foi proposto em 1907 sendo um dos pioneiros a equacionar a 
relação entre a quantidade de material adsorvido e a concentração do material na solução em um 
modelo com características empíricas. Não quantifica um valor para capacidade máxima de 
adsorção, pois o material adsorvido tende ao infinito, ou seja, não há saturação do adsorvente 
(McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Harriott, 1991) 
A isoterma de Freundlich pode ser aplicada em sistemas não ideias com superfícies 
heterogêneas e adsorção em multicamadas. O modelo considera o sólido heterogêneo, uma vez 
que, aplica uma distribuição exponencial de calores de adsorção em cada sítio com uma diferente 
energia (Nascimento et al., 2014). 
A equação da isoterma de Freundlich assume a seguinte forma: 
Revisão da Literatura 
39 
 
𝑞𝑒𝑞 = 𝐾𝑓𝐶𝑒𝑞
1/𝑛
 Eq. 4 
Em que qeq e Ceq têm o mesmo significado daqueles já definido para a isoterma de 
Langmuir, Kf e n são respectivamente, constantes empíricas indicadoras da capacidade e 
intensidade da energia de adsorção. 
A Tabela 2.9 apresenta as equações resumidas dos principais modelos utilizados na 
literatura e as principais características de cada um. 
Tabela 2.9. Principais modelos de isotermas utilizados na literatura. 
 Comportamento Equação 
Langmuir 
- Adsorção em monocamada; 
- Sistema sólido-líquido. 
𝑞𝑒𝑞 =
𝑞𝑚𝑎𝑥𝐾𝐿𝐶𝑒𝑞
1 + 𝐾𝐿𝐶𝑒𝑞
 
Freundlich 
- Adsorção em multicamadas. 
- Sistema sódio-líquido. 
𝑞𝑒𝑞 = 𝐾𝑓𝐶𝑒𝑞
1/𝑛
 
Temkin 
- Interação adsorbato-adsorvente e distribuição 
de energia; 
- Sistemas gasosos. 
𝑞𝑒𝑞 =
𝑅𝑇
𝑏
𝑙𝑛(𝑎𝑇𝐶𝑒𝑞) 
Dubinin-Radushkevich - Compostos orgânicos em fase gasosa 𝑞𝑒𝑞 = 𝑞𝑚 𝑒𝑥𝑝 (– 𝑘𝜀2) 
Redlich-Peterson 
 
- Sistemas sólido-líquido com amplas faixas de 
concentração 
𝑞𝑒𝑞 =
𝐾𝑅𝑃𝐶𝑒𝑞
1 + 𝛼𝑅𝑃𝐶𝑒𝑞
𝛽
 
Fonte: Nascimento et al. (2014). 
2.2.3. Termodinâmica de adsorção 
A temperatura da solução influencia o processo de adsorção, então, para que o processo 
seja eficaz e haja um aproveitamento máximo na capacidade do adsorvente é necessário um 
estudo termodinâmico sendo que, normalmente, a temperatura se encontra em um intervalo de 10 
a 70°C (Nascimento et al., 2014). 
Os parâmetros termodinâmicos são de grande utilidade para entender o processo de 
adsorção. A energia livre de Gibbs (∆𝐺) está relacionada a espontaneidade do processo, e são 
considerados espontâneos em uma reação se houver a liberação de energia para a formação de 
produtos, ou seja, ∆𝐺 < 0. Quando o ∆𝐺 > 0, significa que houve um absorção se energia para a 
formação de produtos, logo, a reação não foi espontânea e quando ∆𝐺 = 0 a quantidade de energia 
dos produtos formada é igual à dos reagentes (Atkins e Paula, 2009). 
Revisão da Literatura 
40 
 
A variação de entalpia (∆𝐻) indica se o processo de adsorção é endotérmico (∆𝐻 > 0) 
ou exotérmico (∆𝐻 < 0). A variação da entropia está relacionada a desordem do sistema após o 
processo de adsorção, em que, se ∆𝑆 < 0 significa dizer que o processo tende a desordem. 
Os parâmetros termodinâmicos são calculados conforme a Equação 
∆𝐺 = −𝑅𝑇𝑙𝑛𝐾𝑑 Eq. 14 
𝑙𝑛 𝐾𝑑 =
∆𝑆
𝑅
−
∆𝐻
𝑅𝑇
 Eq. 15 
Em que, Kd corresponde a relação entre a quantidade adsorvida por unidade do adsorvente 
(Qeq) e a concentraçao em equilíbrio na solução (Ceq), R é a constante universal dos gases (8,314 
J/mol.K) e T é a temperatura (K) utilizada no experimento. 
2.3. Adsorção em leito fixo 
Experimentos de adsorção em batelada são limitados ao tratamento de pequenos volumes 
de efluente. Para sistemas em grande escala, emprega-se o método de adsorção em leito fixo, que 
reflete melhor sistemas dinâmicos e mostra o comportamento real do processo, pois o fluxo do 
líquido e a transferência de massa são analisados de forma complexa (Kleinübing, 2006). O 
comportamento dinâmico envolve a saturação ao longo do leito em relação ao tempo, espaço e 
comprimento da coluna, enquanto o experimento em batelada existe a variação apenas do tempo. 
As principais vantagens dessa técnica são simplicidade de operação e alta eficiência de remoção 
(McCabe, Warren L.; Smith, Julian C.; Harriott, 1991). 
O leito fixo é constituído por uma coluna em que as partículas do adsorvente são 
colocadas em contato com a solução a ser tratada. O bombeamento do líquido pode ser de forma 
ascendente ou descendente na coluna, tal que a concentração do adsorbato nas fases líquida e 
sólida varia com o tempo de contato e a posição na coluna (Kleinübing, 2006). A Figura 2.5 
mostra um esquema de um sistema de adsorção em coluna de leito fixo, em que, inicialmente, a 
concentração é baixa na saída do leito e à medida que o adsorvente remove o soluto essa 
concentração vai aumentando até que haja a saturação dos sítios ativos e