Relatório de adsorção

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO
Diz-se processo de adsorção quando uma substância (adsorbato), na fase gasosa, líquida ou sólida, e normalmente solúvel torna-se fisicamente ligada a uma interface (adsorvente). Dessa forma, átomos, íons ou moléculas ficam retidos. Fatores como a temperatura, a pressão e a área de superfície influenciam no grau de adsorção. [1] 
É possível classificar o fenômeno de adsorção em dois tipos: adsorção física e adsorção química. A adsorção física (ou fisissorção) se deve à ação de forças não muito intensas, semelhantes às forças de Van Der Waals, entre o adsorvente e o adsorvato. As moléculas adsorvidas fisicamente têm sua identidade mantida, além de tal processo ser reversível. Já a adsorção química (ou quimiossorção) tem relação com forças muito mais intensas se comparadas com as de Van Der Waals. Esse processo pode ser resumido na formação de uma espécie de composto superficial e em baixas temperaturas normalmente não é reversível. [2]
Com relação aos agentes adsorventes, geralmente são sólidos que têm a capacidade de retenção aumentada por apresentarem alta porosidade ou serem finamente divididos. Um exemplo bastante utilizado de agente adsorvente é o carvão ativado. Esse tipo de carvão é produzido de forma a se manter a porosidade do mesmo. Para que isso ocorra, ele é produzido a partir de certas madeiras e sua queima é realizada com baixo teor de oxigênio, controlando-se ainda a temperatura. [2]
	Para avaliar quantitativamente a adsorção basta colocar em contato a solução contendo o componente a ser adsorvido com diferentes massas de adsorvente até atingir o equilíbrio. A quantidade de material adsorvido e a concentração de equilíbrio pode ser obtida após a filtração. Os gráficos adquiridos são as isotermas e podem apresentar-se de várias formas, mostrando a relação de equilíbrio entre a concentração nas partículas adsorventes em uma determinada temperatura e a concentração na fase fluida. [3]
	A uma temperatura constante a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do adsorbato (em solução ou na fase gasosa), e a relação entre a quantidade adsorvida (x) e a concentração (c) é conhecida como a isoterma de adsorção. [3]
	Em alguns casos o sistema pode ser descrito pela Isoterma de Freundlich, que corresponde a uma equação do tipo:
(x/m) = k x c(1/n) equação (1)
Essa equação também pode ser escrita de forma a fornecer uma reta;
log (x/m) = log (k) + (1/n) x log (c) equação (2)
	O expoente 1/n é adimensional, tem valor menor do que um, e está relacionado com a intensidade da adsorção. Em geral, em sistemas que seguem a isoterma de Freundlich a adsorção ocorre com a formação de multicamadas, ao invés de ser de uma monocamada apenas. Anestésicos locais agem por adsorção e em geral seguem a isoterma de Freundlich, sendo que o tamanho e a estrutura da molécula do anestésico influenciam a intensidade da adsorção. [3]
	Ainda segundo Haghseresht et al., a capacidade de adsorção de um líquido sobre um sólido depende de três fatores:
• Da natureza do adsorvente e seu modo de ativação;
• Da natureza do adsorbato;
• Das condições do processo (temperatura, pH, agitação, relação
adsorbato/adsorvente).
A equação de Freundlich foi originalmente introduzida como uma correlação empírica de dados experimentais, sugerindo que a energia de adsorção decresce logaritmicamente, à medida que a superfície vai se tornando coberta pelo soluto. [5]
OBJETIVO
	Estudar a adsorção do ácido acético pelo carvão, em função da concentração do ácido em soluções aquosas, e determinar as constantes de adsorção da isoterma de Freündlich.
PARTE EXPERIMENTAL
	
	1. MATERIAIS E REAGENTES:
- Erlenmeyers de 125 cm3
- Rolhas
- Buretas
- Funis
- Béqueres
- Papel de filtro
- Carvão ativado
- Ácido acético 0,4 mol L-1 
- Hidróxido de sódio 0,05 mol L-1 0,1 mol L-1
- Garra
- Mufa
- Provetas
- Espátulas
-Pipeta Pasteur
- Fenolftaleína
- Balança analítica (Shimadzu)
	2. PROCEDIMENTOS:
Foram colocados cerca de 4,00 g de carvão ativado em seis Erlenmeyers. No primeiro adicionaram-se 60,0mL de ácido acético 0,4mol L-1, no segundo 42,0 mL de ácido acético 0,4mol L-1 e 18,0 mL de água, no terceiro 30,0mL de ácido acético 0,4mol L-1 e 30,0mL de água, no quarto 18,0mL de ácido acético 0,4mol L-1 e 42,0mL de água, no quinto 12,0mL de ácido acético 0,4mol L-1 e 48,0mL de água e no sexto 10,0mL de ácido acético 0,4mol L-1 e 50,0mL de água. Posteriormente arrolharam-se os frascos e agitaram-se vigorosamente cada mistura durante 5 minutos tomando-se o cuidado para não aquecê-las com as mãos, mantendo assim a temperatura ambiente. Filtraram-se as misturas. Em seguida titularam-se duas alíquotas de 15 mL do filtrado de cada frasco com 0,1 M de hidróxido de sódio, usando-se como o indicador a fenolftaleína. Somente os frascos cinco e seis foram titulados com 0,5 M de hidróxido de sódio.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse experimento utilizou-se os seguintes volumes de ácido acético e água, conforme mostra na Tabela 1.
Tabela 1. Volumes iniciais de água e da solução de ácido acético a serem adicionados a cada 4g de carvão ativo.
	Frasco
	Volume de ácido acético / cm³
	Volume de água/cm³
	1
	60
	-
	2
	42
	18
	3
	30
	30
	4
	18
	42
	5
	12
	48
	6
	10
	50
	Para o calculo da concentração real do acido acético (padronização do ácido
acético), foi aplicado a equação (3).
CNaOH x VNaOH = CC2H4O2 x VC2H4O2 equação (3)
	
	O cálculo da quantidade de ácido acético adsorvido foi realizado através da
estequiometria da reação do ácido acético com o hidróxido de sódio.
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
	Portanto, pela estequiometria da reação pode-se concluir que 1 mol de ácido acético reagirá com 1 mol de NaOH. Sendo assim, podemos calcular a quantidade de ácido acético adsorvido pelo carvão ativado segundo a equação a abaixo.
x = CNaOH – ( CC2H4O2 x VNaOH) / 1000 equação (4)
Onde:
x é a quantidade de ácido acético adsorvido em mol;
CC2H4O2 é a concentração do ácido acético em mol/L;
VNaOH é o volume médio consumido de NaOH nas titulações em mL.
Então, através da equação (4), foi efetuado os cálculos da quantidade adsorvida
pelo ácido acético em mol, como mostrado na Tabela 2.
Tabela 2. Padronização do ácido acético com o NaOH.
	Alíquota de
CH3COOH (mL)
	Consumo de NaOH (mL)
	Concentração real
de CH3COOH (M)
	
	1ª titulação
	2ª titulação
	média
	
	60
	41,00
	40,10
	40,55
	0,0676
	42
	29,00
	30,30
	29,65
	0,0706
	30
	13,60
	13,60
	13,60
	0,0453
	18
	5,20
	5,30
	5,25
	0,0292
	12
	4,00
	3,80
	3,90
	0,0163
	10
	2,50
	2,50
	2,50
	0,0125
	
Tabela 3. Valores calculados para a construção da isoterma.
	Frasco
	Concentração de ácido acético q gL-1
	x/m
	ln (x/m)
	ln c final
	x
	
	c inicial
	c final
	
	
	
	
	1
	1,44
	0,0676
	0,016211
	4,12208
	2,69439
	0,064843
	2
	1,008
	0,0706
	0,017126
	4,06719
	-2,65079
	0,068502
	3
	0,72
	0,0453
	0,011179
	-4,4937
	3,09371
	0,044717
	4
	0,432
	0,0292
	0,007253
	-4,92629
	-3,53473
	0,029014
	5
	0,288
	0,0163
	0,004047
	-5,50986
	-4,11966
	0,016187
	6
	0,24
	0,0125
	0,003117
	-5,77082
	-4,38203
	0,012469
Figura 1. Gráfico da Isoterma segundo Freundlich
	A fim de encontrar as isotermas e para o cálculo da constante da equação (2), obteve-se a equação da melhor reta que passa pelos pontos experimentais do gráfico empregando se o Método de Ajuste Linear por Mínimos Quadrados. A aplicação desse método para uma reta genérica com equação y = a + b.x, consiste em obterem-se os parâmetros a e b, através das equações:
Sendo assim, o ajuste linear dos dados experimentais foi obtido diretamente através do MS-Excel, onde foi analisado o valor do coeficiente de correlação R2, onde o valor que mais se aproximou de 1 é a isoterma no qual o sistema segue, como pode ser visto na figura 1. Construíram-se, então as isotermas através da Tabela 3.
	Através dos ajustes lineares, podem-se calcular os valores das constantes da Isoterma de Freundlich:
Log (x/m) = log (k) + (1/n) x log (c)
Log (x/m) = - 1,4683 + 0,9807 x log (c)
1/n = 0,9807
n = 1,01968(intensidade do processo de adsorção)
log k = - 1,4683
k = e -1,4683
k = 0,230317 (capacidade de adsorção)
	No modelo de Freundlich, representado pela equação 1, K é a constante de Freundlich, que representa a capacidade de adsorção em mg.g-1 e n é uma constante que descreve a intensidade de adsorção (adimensional), adsorvente/adsorvato, sendo favorável para valores de n na faixa de 1 a 101-6. 
	Utilizando o coeficiente angular obtido por meio da isoterma, podem-se calcular os valores das constantes, de modo que para um dado ponto (poderia ser para qualquer ponto da curva obtida, mas esse especificamente está exatamente contido na reta traçada). 
	Esses dois parâmetros obtidos são importantes para determinar a capacidade de adsorção de diferentes adsorventes. Como n > 1, existe uma interação entre o adsorvente e o adsorvato, isto é, o carvão ativado adsorve o ácido acético, em proporções significativas.
	Os valores de K e n são importantes para a aplicação na área da química e da engenharia, quando se pensa na construção de colunas de adsorção para remoção de íons, por exemplo, de ambientes aquoso e em estudos do comportamento de catalisadores.
	 Os fatores que mais influenciam o processo de adsorção são: as condições do meio reacional, tais como pH, temperatura, tempo de contato; a natureza do adsorvente, os grupos funcionais presentes na superfície do adsorvente, características iônicas do adsorvato, dentre outras.
CONCLUSÃO
O estudo do processo de adsorção por meio de isotermas de adsorção, mais especificamente, utilizando as isotermas de Freundlich, foi eficaz para analisar a capacidade de adsorção do ácido isotermas, como as acético pelo carvão ativado. 
	Por meio dos parâmetros obtidos nas isotermas, tais como a constante de Freundlich, K, e a constante n, analisou-se a capacidade e a intensidade de absorção da superfície do carvão ativado.
	Os processos de adsorção têm demonstrado ser um método econômico e eficaz utilizado nos diversos seguimentos industriais, laboratoriais e acadêmicos, para as diversas finalidades. Muitas pesquisas envolvendo novas descobertas de potenciais materiais adsorventes já foram realizadas e ainda há muito o que pesquisar. Essa nova tendência de materiais adsorventes implicará não apenas no uso de novos materiais adsorventes (muitos deles bioresíduos que são reutilizáveis), como também em um leque cada vez maior de aplicações.
BIBLIOGRAFIA
 SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH. Fundamentos de Química Analítica. 8ª ed. São Paulo: Editora Thompson, 2005.
MOORE, W.D. Físico Química. 4ª ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.
SCHNEIDER, EDUARDO L. Adsorção de Compostos Fenólicos sobre Carvão Ativado. Dissertação Pós-graduação Engenharia Química. Unioeste. Toledo, PR, 2008. 
CRISPIM, S.C.L. Remoção de Cálcio (II) em solução aquosa por meio de carvões ativados submetidos a tratamentos superficiais. João Pessoa, 2009. Tese. Universidade Federal da Paraíba.