2. Isotermas de Adsorção

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS DE TOLEDO
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ISOTERMAS DE ADSORÇÃO
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
TOLEDO – PR, 
MARÇO – 2016.
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
ISOTERMAS DE ADSORÇÃO
Relatório entregue como requisito parcial de avaliação da disciplina de Físico-Química do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Toledo.
Prof. Drª. Tatiana Rodrigues da Silva Baumgartner.
	
 TOLEDO – PR, 
MARÇO – 2016.
1. INTRODUÇÃO
Adsorção é um fenômeno que ocorre na interface entre duas substâncias, podendo ser entre um sólido e um líquido, um sólido e um gás ou um líquido e um gás. É caracterizada pelo aumento da concentração da substância líquida, gasosa ou em solução na superfície da fase condensada (sólido ou líquido). A fase condensada é chamada de adsorvente, e adsorve partículas da segunda substância ou solução em seus poros; a substância ou solução que tem suas partículas adsorvidas na superfície da fase condensada é chamada de adsorbato.	
Este fenômeno tem grandes aplicações tecnológicas. Alguns adsorventes são utilizados em larga escala em processos de secagem, como catalisadores (catálise heterogênea), purificação de gases e líquidos, controladores de poluição (como componentes de catalisadores em veículos). Adsorventes de uso bastante comum são o carvão ativado, as sílicas gel e argilas.
O processo de adsorção pode ser dividido em dois tipos: a adsorção química, e a adsorção física. A adsorção química apresenta interações entre as partículas do adsorbato e a superfície do adsorvente bastante fortes. São específicas e de forma geral alteram as características iniciais do adsorvente e do adsorbato. Já a adsorção física envolve interações fracas entre o adsorvente e o adsorvato, do tipo forças de Van der Waals. Apresentam baixos valores de energia de ligação, e não são específicas.
O tratamento matemático do processo de adsorção é feito através de relações chamadas isotermas. Existem alguns tipos mais comuns de isotermas de adsorção: a isoterma de Freundlich, que melhor se aplica a fenômenos de adsorção que ocorrem com formação de multicamadas (fisiossorção); a isoterma de Langmuir, que se aplica à descrição de adsorção de gases em superfícies sólidas, e considera que o processo só finaliza quando todos os sítios (“poros”) da superfície forem preenchidos, formando uma monocamada (quimissorção), porém, só se aplica perfeitamente se considerar-se sistemas ideais; a isoterma BET, que assume que as partículas são adsorvidas em camadas sobrepostas, seguindo conceitos bastante próximos da isoterma de Langmuir, porém, aplicando-os a diversas camadas.
	
Figura 1 – Isoterma de Langmuir
Figura 2 – Isoterma de Freundlich
O estudo da adsorção do ácido acético (adsorvato) na superfície de carvão ativado (substrato) remete ao procedimento que permite determinar a quantidade de ácido adsorvido por unidade de massa de carvão ( em função da concentração de equilíbrio do ácido . Designando-se por a quantidade máxima de ácido adsorvido por unidade de massa de carvão, a fração dos sítios ocupados torna-se igual à Equação (01).
E a isoterma de Langmuir pode ser descrita conforme a Equação (02).
O modelo de isoterma de adsorção proposta por Freundlich, de forma empírica, pode ser descrito pela equação (03).
Sendo e constantes que dependem da natureza do adsorvato, do solvente, do substrato e da temperatura. 
2. OBJETIVOS
Utilizar os modelos de isoterma de Langmuir e de Freundlich para estudar a adsorção de ácido acético em superfície de carvão ativado bem como determinar a máxima adsorção nesta superfície. 
3. MATERIAIS E REAGENTES
Erlenmeyers;
Funil de vidro com suporte; 
Béqueres;
Papel de filtro;
Papel filme de PVC;
Balança analítica;
Bureta de 25 mL;
Suporte universal;
Pipetas de 10 mL;
Carvão ativado;
Termômetro;
Solução indicadora de fenolftaleína;
Soluções de ácido acético (0,03, 0,08, 0,12, 0,2 e 0,3 mol.L-1);
Solução de NaOH 0,1 mol.L-1;
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 Obtenção das curvas de adsorção
	Anotou-se a temperatura em que o experimento foi realizado e enumerou-se os erlenmeyers de 1 a 5. Em seguida, pesou-se cerca de 1 g de carvão ativado em cinco béqueres e adicionou-se 20 mL da solução de ácido acético das cinco concentrações apresentadas. Então tampou-se com filme de PVC. Os erlenmeyers foram agitados de 5 em 5 minutos durante 30 minutos. 
	A fim de determinar a concentração real das soluções de ácido acético, realizou-se o processe de titulação sem o carvão ativado. Utilizou-se uma alíquota de 10 mL de cada concentração de ácido acético adicionando fenolftaleína e a solução de hidróxido de sódio na bureta. Anotou-se o volume escoado até o ponto de viragem. 
	As soluções com carvão ativado foram filtradas e pipetou-se uma alíquota de 10 mL de cada uma e o mesmo processo de titulação foi realizado.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
5.1 Determinação da concentração das soluções de ácido acético
O experimento foi realizado na temperatura ambiente igual a 26ºC. A fim de determinar a concentração real das soluções de ácido acético empregadas, utilizou-se a equação (04).
Onde é o volume de NaOH escoado da bureta até o ponto de viragem e é o volume de ácido acético (10 mL).
A Tabela 1 apresenta os dados de e as concentrações calculadas.
Tabela 1 – Concentrações reais calculadas.
	Concentração de ácido acético
	
	
	0,03
	3,4
	0,034
	0,08
	8,1
	0,081
	0,12
	12,1
	0,121
	0,20
	19,1
	0,191
	0,30
	21,0
	0,210
5.2 Determinação da concentração de equilíbrio
A concentração de equilíbrio do ácido acético pode ser determinada através da titulação do volume pipetado após a filtração com solução de hidróxido de sódio, conforme a equação (05).
Além disso, calculou-se a concentração de ácido acético no equilíbrio em g/mol, multiplicando pela massa molar de ácido acético (MM=60,05 g/mol). A Tabela 2 apresenta os dados do volume escoado da titulação com as soluções de carvão após a filtração.
Tabela 2 – Concentração de equilíbrio do ácido acético.
	
	
	
	0,9
	0,009
	0,5405
	3,9
	0,039
	2,3420
	7,0
	0,070
	4,2035
	12,5
	0,125
	7,5062
	13,4
	0,134
	8,0467
5.3 Determinação da quantidade de ácido adsorvida 
A quantidade de ácido adsorvida no carvão pode ser determinada pela equação (06).
Onde é o volume de solução de ácido em contato com a massa de carvão ( A Tabela 3 apresenta as massas de carvão, bem como os valores para e, ainda, em g HAc/g de carvão.
Tabela 3 – Quantidade de ácido adsorvida no carvão.
	Massa de carvão (g)
	
	
	1,0004
	0,4998
	3,0013
	1,0217
	0 8221
	4,9371
	1,0011
	1,0229
	6,1424
	1,0020
	1,3174
	7,9108
	1,0130
	1,5005
	9,0105
	Comparando a Figura 3 que representa a isoterma de Langmuir sendo a fração de sítios ocupados e [A] a concentração de equilíbrio do adsorvato com a Figura 4 que apresenta o gráfico de em função de é possível observar se há similaridade no comportamento de ambas. 
Figura 3 – Isoterma de Langmuir. 
Figura 4 - em função de .
Analisando as duas curvas pode-se observar que não apresentam comportamento semelhante e tal fato pode ser explicado porque os parâmetros em questão são diferentes. 
	
5.4 Isotermas de Langmuir e Freundlich
Construíram os gráficos para o ajuste linear de Langmuir e Freundlich (Equações 02 e 03), que estão apresentados na Figura 5 e 6. 
Figura 5 – Isoterma de Langmuir
Figura 6 – Isoterma de Freundlich
	
	Comparandoo coeficiente de correlação dos dois ajustes, sendo R²=0,939 e R²=0,983 para as isotermas de Langmuir e de Freundlich, respectivamente, pode-se afirmar que o modelo de Freundlich explica melhor o processo de adsorção do ácido acético em carvão ativado. Sendo assim, utilizando-se a equação (03), determinaram-se os parâmetros para este modelo. 	
	A equação da reta resultante do ajuste de Freundlich é . Então:
	Sendo k e n constantes que dependem da natureza do adsorvato, do solvente, do substrato e da temperatura. 
	Ainda, a partir do ajuste de Langmuir, pode-se determinar a adsorção máxima e Kc, sendo estes iguais a 0,08197 e 1,00407, respectivamente. 
6. CONCLUSÃO
Após a realização da prática e dos cálculos pertinentes a esta, foi possível determinar a máxima adsorção do ácido na superfície de carvão ativado. Analisando os coeficientes de correlação, conclui-se que o melhor ajuste foi o apresentado pela isoterma de Freundlich. 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro: LTC, 1986
BARROS, M. A. S. D.; ARROYO, P. A. Métodos de Adsorção. Disponível em http://www.icp.csic.es/cyted/Monografias/MonografiasTeneria/capitulov.pdf. Acesso em 24/02/2016.