Estudo da aderência de TiO2 em monolitos de latão para aplicação em adsorção de leito fixo

Abstract

A adsorção é um fenômeno de superfície em que há o acúmulo do soluto fluido (adsorvato) na superfície sólida (adsorvente). É uma técnica muito utilizada na remoção de contaminantes presentes em efluentes, e para isso, é vantajoso que o adsorvente seja um sólido insolúvel, poroso e de grande área superficial. Neste sentido, as diversas possibilidades de formulações de adsorventes para este processo são potencializadas ao combiná-los com um suporte estruturado, que aumenta sua área superficial e diminui sua perda de carga. Diante do exposto, estudos acerca do preparo de suspensões contendo sólidos adsorventes, da construção dos suportes estruturados e do tratamento desses substratos é imprescindível. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo estudar a aderência de dióxido de titânio (TiO2) em substratos metálicos de latão e aplicá-los em adsorção de leito fixo. Inicialmente, preparou-se os substratos (construindo monolitos de latão calcinados por 8 horas a 500 ºC) e as suspensões (dissolvendo 10% de TiO2 em solventes 100% água e 90-10% água-etanol). Estes monolitos foram recobertos com estas suspensões pela técnica de washcoating. Posteriormente, estudou se a aderência do TiO2 nos substratos, utilizando como variáveis o tipo de suspensão (água ou água-etanol como solvente); quantidade de massa depositada (1 ou 3 mg.cm-2) e equipamento utilizado para eliminação de excesso de massa (centrífuga ou soprador). Os resultados indicaram como melhores condições para atingir uma boa aderência (88% em média) os recobrimentos com massa nominal de 1 mg.cm-2, pela suspensão com apenas água como solvente e eliminação de massa excedente feita com centrífuga. Para os recobrimentos com massa nominal de 3 mg.cm-2, todos os resultados foram abaixo de 50% e apenas a melhor condição do estudo de 1mg.cm-2 conseguiu atingir a massa final desejada. Portanto, procurando-se obter melhor aderência entre sólido e superfície e maior número de massa, foi necessário utilizar uma suspensão de TiO2/PVA otimizada pelo grupo de estudo para o processo adsortivo em leito fixo, já que esta conseguiu alcançar massa de 3 mg.cm-2 com aderência superior a 95%. Portanto, oito monolitos foram recobertos com massa nominal de 3 mg.cm-2, obtendo cerca de 4,2 g no leito (0,53 g em média cada). A adsorção em coluna contínua teve duração de 1920 minutos e foi feita bombeando, em fluxo contínuo ascendente com vazão mínima da bomba (3 mL.min-1), uma solução de RB5 (Reactive Black 5) com pH 4 e concentração inicial igual a 25 mg.L-1. Por último, analisou-se parâmetros da curva de ruptura, tais quais: tempo de ruptura e exaustão (iguais à 100 e 1500 minutos, respectivamente); volume total de efluente (5760 mL); a capacidade de adsorção (17,28 mg.g-1); e o percentual de remoção global (50,20%). O resultado para o tempo de exaustão foi satisfatório, pois indicou um elevado tempo em que a coluna estava removendo o corante.