Relatorio adsorção

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Universidade São Francisco – USF
Engenharia Química
Relatório - Adsorção
Lilian Magrini - RA:002201400253
Dafne Irti - RA: 002201400270
Karina Mendonça - RA: 002201400248
Diego Destro - RA: 002201400489
Jair Cunha - RA: 002201400881
Murilo Toledo - RA:002201300889
Itatiba – SP
2017
Resumo
Adsorção é um fenômeno no qual uma substância liquida, gasosa ou física retém-se à superfície de um sólido. Os sólidos por sua vez apresentam uma propriedade onde retém moléculas em sua superfície e isto pode ser bastante acentuado no caso de materiais finamente divididos ou porosos.¹ Em experimento realizado em laboratório, foi possível analisar a efetividade do carvão ativado moído e granulado e carvão vegetal moído, quando feita a filtração de uma mistura de refresco em pó de uva com agua e, posteriormente o vinagre. Em primeiro instante, a mistura de refresco de uva e agua e o vinagre foram filtrados separadamente, em um filtro simples, e anotado os resultados. Posteriormente, ambos foram filtrados (separadamente) com determinados tipos de carvão e anotados as mudanças de cor e odor obtidas. Como resultados, podemos concluir que o carvão ativado moído obteve uma efetividade maior em relação ao carvão ativado granulado e o carvão vegetal, pelo fato de ter uma maior área superficial quando em contato com os filtrados.
Objetivo
O objetivo do experimento realizado é de estudar o processo de adsorção da mistura de refresco em pó de uva com agua e do vinagre pelo carvão ativado moído e granulado e, do carvão vegetal moído, assim como a observação da efetividade dos tipos de carvão em cada filtração realizada.
 Introdução
A adsorção é uma operação físico-química, onde os componentes de uma fase gasosa ou líquida, chamados adsorvatos, são transferidos para a superfície de uma fase sólida chamada adsorvente. Assim é possível separar certos componentes dos demais dessas soluções. A remoção desses componentes da superfície sólida é chamada dissorção.²
	Esse fenômeno se da pela diferença de concentração entre o fluido e o adsorvente, e dessa forma quanto maior área específica do adsorvente maior será sua eficiência, tal característica podem ser encontrada em sólidos altamente porosos.²
 	A massa retida sobre a superfície depende de vários fatores. Uma vez que, em geral, o processo é reversível, uma baixa concentração no fluido cobrirá a superfície do adsorvente apenas até o ponto em que a pressão exercida pela fase adsorvida é igual a do fluido. Tendo uma concentração suficiente no fluido, as forças de adsorção física podem continuar a ter influência até se terem retido sobre a superfície várias camadas de moléculas. O número máximo de camadas pode estar restringido pelas dimensões dos poros, caso possua poros com dimensões estreitas.¹
	Com o desenvolvimento de novas tecnologias visando a economia e a preservação ambiental o processo de adsorção vem se desenvolvendo cada vez mais, tendo algumas vantagens sobre outros processos de separação, como o baixo consumo de energia a possibilidade de separação de misturas com azeotropia, a não necessidade de uso de outros componentes para ajudar a separação, entre outros.4
	A adsorção de moléculas pode ser definida pela fórmula química abaixo:
 A + B A.B
Onde A é o adsorvato, B o adsorvente e A.B é o composto adsorvido.
	Os compostos são adsorvidos pela superfície do adsorvente devido a ação de vários tipos de forças químicas como:
- Ligações de hidrogênio 
- Interações dipolo-dipolo 
- Forças de London ou de Van der Waals
	Quando as moléculas presentes no fluido atingem a a superfície do adsorvente, a força residual, resultante do desequilíbrio das forças de Van der Waals, que atuam na superfície sólida, criam um campo de força que atrai e aprisiona as moléculas. O tempo em que as moléculas de adsorvato ficam ligadas ao adsorvente depende da energia com quem a molécula é adsorvida.²
2.1- Adsorção Física e adsorção química 
Dentre os tipos de adsorção podemos diferenciar dois diferentes métodos através das forças que unem as moléculas do meio fluido com as do meio sólido.
No experimento realizado em laboratório a adsorção utilizada foi a dissorção física conhecida como fisissorção, entre algumas de suas características, se destacam algumas, como o fato de possuir uma fraca interação entre as moléculas do meio e do sólido, com ligações do tipo intermoleculares, baseadas em forças de Van der Wals ou de interações eletrostáticas, como as de dipolo. Normalmente, a adsorção física acontece em baixas temperaturas, rapidamente e é reversível. Ela é invariavelmente exotérmica, provado pela termodinâmica.4
A molécula no meio possui movimentos de rotação, translação e vibração, porém, quando ela é adsorvida, ela acaba ficando aprisionada no sólido, fazendo com que o movimento de translação dela seja limitado a somente o movimento da molécula sobre o sólido e também perdendo a liberdade de rotação, diminuindo o grau de desorganização de meio. ²
A adsorção química, quimissorção ou adsorção ativa acontece quando existe uma interação química entre a molécula do fluido e a do sólido. Neste caso, as forças de ligação são de natureza covalente ou iônica. Ocorre uma ligação química entre a molécula do fluido e a do sólido, o que modifica a estrutura eletrônica da molécula retida, tornando-a altamente reativa.
Em contrapartida da adsorção física, as temperaturas deste processo são altas, mas é necessário que a reação seja controlada numa faixa de temperatura na qual a quimissorção dos reagentes é apreciável. Este tipo de adsorção pode ser irreversível. As entalpias são na ordem das entalpias de reação e podem ser até endotérmicas, quando ocorre a dissociação da molécula e completa mobilidade bidimensional, ocasionando o aumento do grau de liberdade e valores positivos para entropia e entalpia.³
TABELA: COMPARAÇÃO ENTRE ADSORÇÃO FÍSICA E QUÍMICA 
2.2 Isotermas de adsorção
Para obtermos o limite de adsorção de um processo de adsorção é usado a isotermas de adsorção que relaciona a quantidade de material adsorvido em relação a pressão parcial de um gás ou a concentração de um líquido. De acordo com a IUPAC, existem seis tipos de isotermas:
 
 Tabela: Tipos de isotermas	
A isoterma do tipo I mostra a adsorção em monocamada de materiais microporosos. A do tipo II representa como seria a adsorção sobre um material não poroso. Quando as moléculas do fluido têm uma força coesiva muito forte, isotermas do tipo III e V são esperadas para materiais não porosos e porosos, respectivamente. A isoterma do tipo IV mostra uma isoterma com histerese. Já a isoterma do tipo VI representa uma adsorção com formação de multicamada.²
2.3- Tipos de carvões utilizados
No experimento realizado usou-se 3 tipos de carvões para o processo de adsorção, o carvão vegetal moído e o carvão ativado moído e granulado.
A porosidade dos carvões ativados é uma das características mais importantes para a avaliação de sua qualidade como adsorvente. As diferenças nas características de adsorção estão envolvidas com a estrutura dos poros do material, que podem mudar de tamanho, e são classificados como microporos, mesoporos ou macroporos.
O carvão ativado é uma forma de carbono puro que possui grande porosidade, que contem micro poros que adsorvem moléculas, mas sem mudar a composição química do produto. O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas dentro de seus poros, tendo portanto excelente poder de clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases.²
Carvão vegetal é uma substância de cor negra obtida pela carbonização da madeira ou lenha. É muito utilizado como combustível para aquecedores, lareiras, churrasqueiras e fogões a lenha. Considerado um fitoterápico, o carvão vegetal para uso medicinal (carvão ativado) provém de certas madeiras moles e nãoresinosas (extraído de partes lenhosas, cascas e serragens), obtidos por combustão incompleta, o que lhe confere a capacidade adsorvente.
Dessa forma, para um processo de adsorção é esperado um melhor desempenho do carvão ativado, por ser um carvão mais tratado e com características especificas trabalhadas em laboratório 
O carvão ativado granulado é usado em aplicações em fase líquida ou gasosa. Obtido a partir de matérias-primas duras e processo controlado, resulta em um produto de rígida estrutura, tendo regenerações sucessivas, tornando econômicos muitos processos que operam em leitos. São utilizados em colunas, que podem ser verticais ou horizontais, apresentando alto poder de adsorção e troca iônica com operação em série ou paralelo, com fluxo ascendente ou descendente.¹
O Carvão pulverizado (moído) contém estrutura porosa bem distribuída, predominando os médios e macroporos. São utilizados normalmente em processos descontínuos, tendo a vantagem do uso em dosagens variadas. O Carvão em pó é agregado e misturado ao líquido a ser adsorvido, sendo então removido por outro processo filtração ou sedimentação, após determinado tempo do processo de adsorção.³
Materiais e Métodos
4.1 Materiais Utilizados 
Agua destilada;
Vidrarias e equipamentos;
Funil de vidro simples;
Tubos de ensaio;
Estande de tubos de ensaios;
Papel filtro; 
Béquers;
Carvão ativado granulado;
Carvão vegetal;
Gral;
Pistão;
Colher;
Vinagre (castelo);
Refresco em pó de uva (qualimax);
 
Figura 1: Refresco em pó de uva Figura 2: Vinagre 
 
Figura 3: Funil simples com papel filtro Figura 4: Gral
 
Figura 5: Carvão vegetal Figura 6: Carvão ativado
 
Figura 7: Estande de tubos de ensaio Figura 8: Tubo de ensaio
 
Figura 9: Papel de filtro Figura 10: Béquer 
Procedimento experimental 
Inicialmente preparou-se em um béquer o refresco em pó de uva com a agua destilada, e em outro béquer foi adicionado o vinagre, como mostra a figura 11 abaixo. 
Figura 11: mistura de refresco de uva com agua e o vinagre.
Foram separadas aproximadamente duas colheres de chá de carvão ativado e carvão vegetal, o carvão ativado foi divido em dois béqueres e em um desses béqueres foi colocado no gral e a amostra foi moída, separou-se. Logo após, pegou-se a amostra de carvão vegetal e também a colocou no gral e a moeu, e a separou em um terceiro béquer. 
Figura 12: Carvão vegetal e carvão ativado granulado e moído.
Primeira parte: colocou-se o papel de filtro no funil e acoplou-o ao tubo de ensaio, logo em seguida foi despejado a mistura de refresco de uva preparado com agua, realizando a filtração, observando a cor e o cheiro de filtrado obtido. Repetiu-se esse procedimento realizando a filtração do vinagre.
Figura 13: Papel de filtro acoplado ao funil simples.
Segunda parte: colocou-se o papel de filtro no funil e acoplou-o ao tubo de ensaio, adicionou-se o carvão ativado triturado ao funil em seguida foi despejado a mistura de refresco de uva preparado com agua, realizando a filtração, observando a cor e o cheiro de filtrado obtido. Repetiu-se esse procedimento realizando a filtração do vinagre.
Terceira parte: colocou-se o papel de filtro no funil e acoplou-o ao tubo de ensaio, adicionou-se o carvão vegetal triturado ao funil em seguida foi despejado a mistura de refresco de uva preparado com agua, realizando a filtração, observando a cor e o cheiro de filtrado obtido. Repetiu-se esse procedimento realizando a filtração do vinagre.
Quarta parte: colocou-se o papel de filtro no funil e acoplou-o ao tubo de ensaio, adicionou-se o carvão ativado granulado ao funil em seguida foi despejado a mistura de refresco de uva preparado com agua, realizando a filtração, observando a cor e o cheiro de filtrado obtido. Repetiu-se esse procedimento realizando a filtração do vinagre.
Resultado e Discussão
A adsorção é uma operação físico-química, onde os componentes de uma fase gasosa ou líquida, chamados adsorvatos, são transferidos para a superfície de uma fase sólida chamada adsorvente.² A eficiência desse processo depende de vários fatores, como por exemplo, área específica do adsorvente, as condições operacionais, pH, temperatura, pressão, presença de impurezas, entre outros. No experimento foi utilizado o processo de adsorção do carvão ativado e carvão vegetal pelo método de filtração, foram utilizados para filtrar uma mistura de refresco em pó de uva com agua e vinagre. Neste experimento foi possível observar que o carvão ativado obteve uma maior perda de cor e odor, pois ele é uma forma de carbono puro de grande porosidade, que contem micro poros que adsorvem moléculas.
O procedimento consistiu na análise da eficiência da adsorção do vinagre e da mistura de refresco com a agua na superfície dos diferentes tipos e tamanhos de carvão. Separou-se o carvão ativado moído e granulado e, o carvão vegetal moído em béqueres.
Na primeira parte realizou-se um processo de filtração simples com o refresco de uva e o vinagre separadamente, sem adição de qualquer adsorvente orgânico, apenas o papel de filtro, como mostra a figura abaixo.
Figura 14: Filtração simples do refresco e do vinagre
Observou-se que intensidade da cor diminui bastante quando se utiliza o refresco de uva e o odor é bem identificado quando o experimento é realizado com vinagre.
Figura 15: Comparação das soluções iniciais com a primeira filtração.
Na segunda parte junto ao filtro foi adicionado o carvão ativado moído, e realizou-se a filtração do refresco, posteriormente foi realizado a filtração do vinagre. O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior de seus poros, apresentando portanto excelente poder de clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases.² Os de menores granulometrias são preferidos para fases líquidas por favorecerem a uniformidade do fluxo, ganhando-se em eficiência. Obtendo então uma efetividade relativamente maior comparado ao do filtro sem adsorventes.
Na terceira parte foi utilizado carvão vegetal moído, e o procedimento de filtração foi realizado para a mistura de refresco e de vinagre. Considerado um fitoterápico, o carvão vegetal para uso medicinal (carvão ativado) provém de certas madeiras moles e não resinosas (extraído de partes lenhosas, cascas e serragens), obtidos por combustão incompleta, o que lhe confere a capacidade adsorvente.³
Na quarta parte utilizou-se carvão ativado granulado, e assim como anteriormente o refresco e o vinagre passaram pelo processo de filtração, o carvão ativado granulado é indicado para aplicação em fase líquida ou gasosa, ele resulta em um produto de rígida estrutura.¹
Figura 16: Papeis de filtro utilizados no experimento.
Figura 17: Filtrados do refresco e do vinagre.
A adsorção nada mais é que a interação entre moléculas, onde a substancia liquida (vinagre e refresco) é o adsorvido e o carvão é o adsorvente. Nesse sistema, um fluído adsorvido, se adere e é retido à superfície do adsorvente. Neste caso observamos que através da adsorção o carvão manteve retido o odor e a cor do vinagre e do refresco, onde a cada filtração foram obtidos resultados diferentes podendo observar que o absorvente varia um entre o outro, como a substâncias adsorvidas ficam na superfície do carvão, então quanto maior a superfície de contato melhor será sua adsorção. 
Objetivou-se que o carvão ativado moído obteve um bom resultado, devido sua alta porosidade que disponibiliza uma área superficial maior de interação e, um outro fator que aumenta essa efetividade é o fato de os compostos orgânicospresentes nessas soluções possuírem propriedades hidrofóbicas e também uma grande afinidade com o carvão, entretanto o carvão ativado granulado foi inferior ao carvão vegetal, pois houve variações de quantidades de amostras, e a superfície de contato do carvão vegetal era relativamente maior em relação ao carvão ativado granulado, que obtiverá um melhor resultado.
Conclusão
Com o experimento podemos concluir que o carvão ativado pode ser utilizado em inúmeras áreas, com o objetivo de retirar com e odor de materiais por meio da adsorção. Alguns exemplos de áreas são: tratamento do ar contra gases poluidores, tratamento de resíduos industriais, tratamento de efluentes, entre outros. O carvão vegetal tem a mesma finalidade do carvão ativado que também por é um material poroso, porem ele não é tão eficiente pois a porosidade do carvão ativado é relativamente maior. O experimento apresentou uma falha quanto a teoria, pois o carvão ativado granulado não foi tão eficaz quanto o carvão vegetal, devido a área de contato e a quantidade de massa que variou entre as filtrações. Para obter melhores resultados, todas as massas deveriam ser iguais, assim a comparação seria mais precisa.
Referências Bibliográficas
1. “Adsorção”
Disponível em: 
<www2.iq.usp.br/docente/hvlinner/adorcao.pdf>
Acesso em: 16/04/2017
2. “Processos de Adsorção”
Disponível em: 
<www.maxwell.vrac.puc-rio.br/14605/14605_5.PDF >
Acesso em: 16/04/2017
3. “Estudo de adsorção para purificação e separação de misturas na indústria petrolífera”
Disponível em:
<www.anp.gov.br/capitalhumano/arquivos/PRH24/Luciano-guelfi_PRH24_UFPR_G.pdf >
Acesso em: 15/04/2017
4. “ Adsorção”
Disponível em:
<http://www.anp.gov.br/CapitalHumano/Arquivos/PRH24/LucianoGuelfi_PRH24_UFPR_G.pdf > 
Acesso em: 16/04/2017