Atividade Semi Presencial 2

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ULBRA
Cinética e Fenômenos de Superfície
Atividade semi-presencial 2 – Adsorção
	No trabalho de conclusão de curso “Remoção do ácido acetilsalicílico por adsorção”, a adsorção é estudada do ponto de vista cinético e de equilíbrio. Em relação a este trabalho, responda as seguintes perguntas:
Qual a justificativa para o estudo realizado?
O estudo foi realizado para a remoção de fármacos em efluentes através da técnica de adsorção, e especifico foi utilizado a remoção do ácido acetilsalicílico através da adsorção com carvão ativado. Foi feito um estudo cinético para a determinação do parâmetros ótimos para a operação de remoção.
Quais os principais fármacos encontrados em estações de tratamento de água, por exemplo?
3-Quais as principais técnicas de tratamento terciário que podem ser usadas no tratamento de água? Comente as características de cada uma
As principais técnicas de tratamento terciário utilizados no tratamento de água são filtração por membranas, os processos oxidativos avançados e a adsorção.
Filtração por membranas - Os processos de separação por membranas são processos de transferência de fase e compreendem a microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, osmose inversa, eletrodiálise, pervaporação e permeação de gases. A utilização de membranas é muito interessante para o tratamento de água pois não há necessidade de reagentes químicos. Os micropoluentes podem ser removidos por nanofiltração e osmose inversa. Apresenta as desvantagens do alto custo energético e material e dependendo do tipo de membrana pode haver uma retenção apenas de moléculas maiores, além da possibilidade de fouling ou entupimento dos poros.
	Processos oxidativos - Os processos oxidativos avançados (POA) são métodos químicos que utilizam oxidantes com o objetivo final de mineralização dos compostos, fazendo com que as moléculas poluentes sejam destruídas e não apenas transferidas de fase. Na idealidade, os processos oxidativos geram apenas gás carbônico e água, se a eficiência de mineralização for de 100%. Na prática, os compostos são degradados e parcialmente mineralizados, gerando diversos subprodutos de reação que não podem ser previstos e ainda podem apresentar uma alta toxicidade.
Adsorção - a adsorção apresenta-se como uma técnica adequada ao tratamento de águas contaminadas com uma grande variedade de poluentes, apresentando vantagens frente às demais técnicas como facilidade de operação, baixo custo e elevado grau de purificação, sem geração de compostos tóxicos. A adsorção é uma operação de transferência de massa no qual um ou mais componentes (adsorvatos) de uma fase fluida migram para a superfície de um sólido adsorvente.
A adsorção pode se dar por um processo químico ou físico. Quais as características de cada um?
A quimissorção envolve a troca ou compartilhamento de elétrons entre as moléculas ou íons de adsorvato e os sítios ativos presentes na superfície do adsorvente, resultando em fortes ligações químicas. A adsorção química é um processo mais específico do que a adsorção física, e nem todos os sólidos adsorventes possuem sítios ativos capazes de adsorver quimicamente um adsorvato específico. Do ponto de vista termodinâmico, o calor de adsorção é da ordem do calor de reação, portanto superior a 20 kcal.mol-1.
Na fisissorção, por sua vez, a ligação do adsorvato à superfície do adsorvente envolve interações químicas relativamente fracas, atribuídas às forças de van der Waals. A adsorção física ocorre quando as forças intermoleculares de atração existentes entre o soluto da fase fluida (adsorvato) e a superfície do adsorvente são mais fortes do que as interações entre o soluto e as moléculas de fluido (FOUST et al., 1982). É um processo inespecífico e o adsorvato pode ficar retido em toda superfície do adsorvente, diferentemente da quimissorção, na qual a adsorção acontece apenas nos sítios ativos. O calor de adsorção é da ordem dos calores de condensação e vaporização, abaixo de 10 kcal.mol-1
Como o estudo das isotermas de adsorção contribuem para a compreensão do processo de adsorção?
As isotermas de adsorção são curvas características construídas através dos dados de equilíbrio (capacidade de adsorção no equilíbrio, qe, e concentração de equilíbrio do soluto na fase líquida, Ce) em temperatura constante. As isotermas fornecem uma estimativa de parâmetros termodinâmicos do processo e têm grande utilidade e importância.
Através das isotermas de adsorção pode-se determinar se o processo é termodinamicamente espontâneo, se é regido majoritariamente por contribuições entrópicas ou entálpicas, estimar a capacidade máxima de adsorção pelo adsorvente e obter dados como a heterogeneidade da superfície do adsorvente e a natureza do processo. 
Parâmetros como entalpia, energia livre e entropia podem ser estimados a partir da construção de isotermas em pelo menos três diferentes temperaturas.
6- Neste trabalho o modelo de Langmuir é descrito pela equação
O que representa cada grandeza na equação? Qual a expressão para a fração de recobrimento de acordo com esta equação? 
Qe = quantidade sorvida no equilíbrio, expressa em (mg.g-1); 
qmáx = constante de capacidade máxima de sorção, expressa em (mg.g-1); 
KL = constante de energia de sorção, expressa em (L.mg-1); 
Ce = concentração do íon em equilíbrio, expressa em (mg.L-1).
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7- No processo de adsorção de gases por superfícies solidas, estudado em sala de aula, o modelo de Langmuir foi descrito por uma expressão em termos de K e P. Qual a equação estudada em sala de aula que descreve o processo de adsorção de acordo com Langmuir? Como estão correlacionados as grandezas na equação estudada e aquelas representadas na equação do exercício 6?
Na equação estuda em sala de aula utilizamos a pressão multiplicado pela constante e a correlação é que no exercício 6 se utiliza a concentração do íon em equilíbrio.
8- Qual a expressão para a quantidade adsorvida no equilíbrio de acordo com o modelo de Freundlich? O que representa cada grandeza na equação?
Onde: Qe é a quantidade adsorvida no equilíbrio, expressa em (mg.g-1); KF a capacidade de sorção, expressa em (mg.g-1)(L.mg-1)1/n; e Ce concentração do adsorvato em equilíbrio, expressa em (mg.L-1). Kf e 1/n são parâmetros empíricos de Freundlich, que dependem de diversos fatores experimentais e se relacionam com a capacidade de adsorção do adsorvente e com a intensidade de adsorção, respectivamente. O expoente 1/n fornece uma indicação se a isoterma é favorável ou não. Valores de 1/n no intervalo 0,1 < 1/n < 1 representam condições de sorção favorável. Quanto mais próximo de 1 for o valor de 1/n, mais favorável o processo será.
9- Quais os parâmetros nos modelos de Langmuir e Freundlich que avaliam o quão favorável é o processo de adsorção?
A isoterma de equilíbrio foi plotada com os dados experimentais qe (quantidade de soluto adsorvido na fase sólida) em função da concentração de equilíbrio Ce.
10- No gráfico abaixo encontram-se as isotermas de Freundlich e Langmuir, obtidas por ajuste aos pontos experimentais determinados neste estudo.
 
Em que condições de pH, temperatura e concentração de carvão ativado foram obtidos os pontos experimentais neste gráfico?
Foram realizados experimentos em pH 2, 4, 6, 8 e 10. Em cada ensaio foram mantidos fixos o tempo de 30 minutos e a concentração de carvão ativado de 1 g.L-1 em 100 mL de solução de AAS (20 mg.L-1).
temperatura controlada de 25°C. foram utilizadas diferentes concentrações de carvão ativado (1; 2; 3; 4; 5; 7,5 e 10 g.L-1) em 100 mL de solução de AAS (20 mg.L-1), pelo tempo de 30 minutos
Quantos pontos experimentais foram obtidos?
10 pontos experimentais
Como foram determinados experimentalmente os valores de concentração de equilíbrio do fármaco?
A concentração de AAS nas soluções antes e após os ensaios de adsorção foi determinada pelo método de espectrofotometria na região do ultravioleta.
d) como foram calculadas as quantidades adsorvidas de fármaco nas diferentescondições experimentais usadas?
Estes resultados podem ser explicados avaliando-se o comportamento da área total de adsorção. O aumento da quantidade de sólido adsorvente no sistema possibilita um aumento da área total disponível para adsorção, e desta forma a concentração de AAS na solução remanescente diminui gradativamente. Quando um grande número de sítios ativos encontram-se ocupados a concentração de AAS em solução atinge o valor de 1,03 mg L-1, tendendo assintoticamente a zero (e 100% de remoção). Assim, o equilíbrio é atingido, de forma que se a concentração de adsorvente é aumentada, a mesma não exerce influência sobre a remoção, pois a quantidade de soluto adsorvido passa a ser muito pequena.
e) quais os valores dos parâmetros dos modelos de Freundlich e Langmuir obtidos por ajuste aos dados experimentais?
Com o intuito de investigar o mecanismo e a cinética de adsorção do AAS em carvão ativado comercial, uma curva da quantidade de soluto adsorvido pelo adsorvente, Qt (mg g-1) em função do tempo foi construída.
11- De acordo com a análise dos parâmetros estatísticos, o modelo de Langmuir foi aquele que melhor descreveu o processo de adsorção. Em que este fato contribui para a compreensão do processo de adsorção do ácido acetilsalicílico em carvão ativado? 
Pela análise gráfica (vide Figura 10) e pela análise dos parâmetros estatísticos é possível verificar que o modelo de Langmuir se ajustou melhor aos dados experimentais do que o modelo de Freundlich. Para este modelo o valor do R2 obtido foi de 0,99. O modelo de Langmuir prevê que o fenômeno que ocorre é a quimissorção em monocamada, além de cada sítio ativo comportar apenas uma molécula.