Estudo da adsorção de fosfatos em colunas de leito fixo contendo cinzas volantes de biomassa - efeito do TRH e da carga de P

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Adsorção de metais em solução aquosa pelos processos de batelada e coluna de leito fixo utilizando silsesquioxano funcionalizado com 5-amino-1,3,4-tiadiazol-2-tiol

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Quitosana imobilizada em suporte inerte para a adsorção de corantes alimentícios em coluna de leito fixo

O uso de corantes sintéticos na indústria de alimentos tem provocado transtornos à saúde humana e ao meio ambiente. A quitosana pode ser imobilizada em matrizes sólidas e aplicada na remoção de corantes em coluna de leito fixo. A análise da dinâmica de uma coluna de leito fixo é baseada na curva de ruptura, esta é dependente da geometria da coluna, das condições operacionais e dos dados de equilíbrio. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar o recobrimento de esferas de vidro por quitosana e sua aplicação como adsorvente de corantes em coluna de leito fixo. No estudo do recobrimento avaliaram-se os efeitos da concentração de quitosana e dos métodos de cura. As esferas recobertas foram aplicadas em ensaios de adsorção estático e dinâmico. Inicialmente, avaliou-se o equilíbrio de adsorção através da construção de isotermas e ajuste de modelos, e após, avaliaram-se os efeitos do tipo de cura e do grau de desacetilação da quitosana. Em seguida, foram analisados os efeitos do tipo de corante e do pH, e o comportamento cinético da adsorção pela construção de curvas de ruptura e ajuste de modelos dinâmicos. A influência da altura do leito e da concentração inicial de corante sobre os parâmetros da adsorção em leito fixo foram analisados através da metodologia de superfície de resposta (MSR). Ao final, estudou-se a regeneração da coluna. Os resultados mostraram que os maiores percentuais de recobrimento foram obtidos pelos métodos físico e físico/químico, na concentração de quitosana de 0,5% (m/v). Nestas condições o percentual de recobrimento foi de 46%. Nas imagens da superfície das esferas (MEV) observou-se que as mesmas foram recobertas de forma homogênea pela quitosana. As isotermas de equilíbrio obtidas foram classificadas como do tipo V, sendo o modelo de Sips o mais adequado para representar os dados experimentais. As capacidades máximas de adsorção foram 337 mg g-1, 286 mg g-1 e 200 mg g-1 para os corantes amarelo tartrazina, amarelo crepúsculo e vermelho 40, respectivamente. A aplicação das esferas recobertas com quitosana em leito fixo mostrou-se mais adequada utilizando o método de cura físico/químico e quitosana com grau de desacetilação de 85%. A máxima capacidade de adsorção da coluna em função do corante e do pH variou de 13 a 108 mg g–1. Os modelos BDST (bed–depth–service–time), Thomas e Yoon–Nelson foram adequados para representar os dados experimentais. De acordo com a MSR, o melhor desempenho do leito foi com altura de 30 cm e concentração inicial de corante de 50 mg L-1. Nestas condições, obteve-se tempo de ruptura de 88 min, máxima capacidade da coluna de 108 mg g-1 e remoção de 86 %. Na regeneração da coluna observou-se que cerca de 75% da capacidade máxima da coluna foi mantida após cinco ciclos de adsorção–eluição. Diante do exposto, a coluna de leito fixo empacotada com esferas recobertas com quitosana mostrou-se promissora na remoção de corantes de soluções aquosas.

Estudo de adsorção em leito fixo para o sistema heptano/tolueno/sílica gel usando líquidos iónicos como fase móvel

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Estudo de adsorvente obtido de terras diatomáceas para remoção de metais pesados em águas produzidas: processamento, caracterização e dinâmica em leito fixo

The acceleration of industrial growth in recent decades on all continents aroused the interest of the companies to counter the impacts produced on the environment, spurred primarily by major disasters in the petroleum industry. In this context, the water produced is responsible for the largest volume of effluent from the production and extraction of oil and natural gas. This effluent has in its composition some critical components such as inorganic salts, heavy metals (Fe, Cu, Zn, Pb, Cd, ), presence of oil and chemicals added in the various production processes. In response to impact, have been triggered by research alternative adsorbent materials for water treatment and water produced, in order to removing oils and acids and heavy metals. Many surveys of diatomaceous earth (diatomite) in Brazil involve studies on the physico-chemical, mineral deposits, extraction, processing and applications. The official estimated Jazi are around 2.5 million tonnes, the main located in the states of Bahia (44%) and Rio Grande do Norte (37,4%). Moreover, these two states appear as large offshore producers, earning a prominent role in research of adsorbents such as diatomite for treatment of water produced. Its main applications are as an agent of filtration, adsorption of oils and greases, industrial load and thermal insulator. The objective of this work was the processing and characterization of diatomite diatomaceous earth obtained from the municipality of Macaíba-RN (known locally as tabatinga) as a low cost regenerative adsorbent for removal of heavy metals in the application of water produced treatment. In this work we adopted a methodology for batch processing, practiced by small businesses located in producing regions of Brazil. The characterization was made by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area (BET). Research conducted showed that the improvement process used was effective for small volume production of diatomite concentrated. The diatomite obtained was treated by calcination at temperature of 900 oC for 2 hours, with and without fluxing Na2CO3 (4%), according to optimal results in the literature. Column adsorption experiments were conducted to percolation of the in nature, calcined and calcined fluxing diatomites. Effluent was used as a saline solution containing ions of Cu, Zn, Na, Ca and Mg simulating the composition of produced waters in the state of Rio Grande do Norte, Brazil. The breakthrough curves for simultaneous removal of copper ions and zinc as a result, 84.3% for calcined diatomite and diatomite with 97.3 % for fluxing. The calcined fluxing diatomite was more efficient permeability through the bed and removal of copper and zinc ions. The fresh diatomite had trouble with the permeability through the bed under the conditions tested, compared with the other obtained diatomite. The results are presented as promising for application in the petroleum industry

Adsorção de cromo (VI) em leito fixo utilizando partículas de areia recobertas com Quitosana

Neste trabalho foi avaliado o processo de recobrimento de partículas de areia com quitosana utilizando a técnica dip-coating, e analisado o emprego destas partículas como recheio de uma coluna de leito fixo no processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. A quitosana foi obtida a partir de resíduos de camarão e caracterizada. O estudo avaliou a influência do tamanho das partículas e da concentração da solução de quitosana no recobrimento das partículas de areia. Foram avaliados parâmetros termodinâmicos, isotermas de equilíbrio e parâmetros relacionados ao funcionamento do leito (vazão e pH da solução, diâmetro de partícula) para o processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. No recobrimento das partículas de areia, o tamanho não teve significância na resposta, enquanto a concentração da solução de recobrimento mostrou ter grande influência sobre o resultado, sendo que a menor concentração de quitosana dentro da faixa estudada (0,5% p/v) apresentou o melhor desempenho. O processo de cura física para o recobrimento das partículas de areia mostrou melhor desempenho para a adsorção de cromo (VI) em leito fixo frente ao processo físico-químico. As análises de superfície (MEV) e de difração de raio-X (EDX) comprovaram a mudança na superfície das partículas recobertas e a presença de cromo após a adsorção. O modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais de equilíbrio, com R2 >0,99% e EMR<3,5%, sendo que a capacidade máxima de adsorção foi de 46,93 mg g-1 obtida a 298 K. O processo se mostrou espontâneo, exotérmico e favorável, com valores de -4,49 a -4,66kJ mol-1 para e energia livre de Gibbs, -5,97kJ mol-1 para a variação de entalpia e -5,17x10-3 kJ mol-1K -1 para variação de entropia. O aumento do pH diminuiu a adsorção de cromo (VI), sendo que a melhor resposta foi obtida em pH 3, sendo que o diâmetro de partícula não teve efeito significante. O estudo da vazão da solução de cromo (VI) no desempenho do leito mostrou que no menor valor (2,5 mL min-1 ) a concentração de saída do leito foi próxima a zero, mantendo-se com concentrações de saída abaixo de 20% por pelo menos 20 min. O estudo da dessorção do leito mostrou que após cinco ciclos de trabalho o leito manteve 86% da capacidade de adsorção, com taxas de recuperação do cromo no processo de dessorção maiores que 95%.

Estudo de adsorvente obtido de terras diatomáceas para remoção de metais pesados em águas produzidas: processamento, caracterização e dinâmica em leito fixo

The acceleration of industrial growth in recent decades on all continents aroused the interest of the companies to counter the impacts produced on the environment, spurred primarily by major disasters in the petroleum industry. In this context, the water produced is responsible for the largest volume of effluent from the production and extraction of oil and natural gas. This effluent has in its composition some critical components such as inorganic salts, heavy metals (Fe, Cu, Zn, Pb, Cd, ), presence of oil and chemicals added in the various production processes. In response to impact, have been triggered by research alternative adsorbent materials for water treatment and water produced, in order to removing oils and acids and heavy metals. Many surveys of diatomaceous earth (diatomite) in Brazil involve studies on the physico-chemical, mineral deposits, extraction, processing and applications. The official estimated Jazi are around 2.5 million tonnes, the main located in the states of Bahia (44%) and Rio Grande do Norte (37,4%). Moreover, these two states appear as large offshore producers, earning a prominent role in research of adsorbents such as diatomite for treatment of water produced. Its main applications are as an agent of filtration, adsorption of oils and greases, industrial load and thermal insulator. The objective of this work was the processing and characterization of diatomite diatomaceous earth obtained from the municipality of Macaíba-RN (known locally as tabatinga) as a low cost regenerative adsorbent for removal of heavy metals in the application of water produced treatment. In this work we adopted a methodology for batch processing, practiced by small businesses located in producing regions of Brazil. The characterization was made by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area (BET). Research conducted showed that the improvement process used was effective for small volume production of diatomite concentrated. The diatomite obtained was treated by calcination at temperature of 900 oC for 2 hours, with and without fluxing Na2CO3 (4%), according to optimal results in the literature. Column adsorption experiments were conducted to percolation of the in nature, calcined and calcined fluxing diatomites. Effluent was used as a saline solution containing ions of Cu, Zn, Na, Ca and Mg simulating the composition of produced waters in the state of Rio Grande do Norte, Brazil. The breakthrough curves for simultaneous removal of copper ions and zinc as a result, 84.3% for calcined diatomite and diatomite with 97.3 % for fluxing. The calcined fluxing diatomite was more efficient permeability through the bed and removal of copper and zinc ions. The fresh diatomite had trouble with the permeability through the bed under the conditions tested, compared with the other obtained diatomite. The results are presented as promising for application in the petroleum industry

Imobilização de lacase de Aspergillus sp. em quitosana e sua aplicação na bioconversão de fenóis em reatores de leito fixo

The immobilization of laccase on chitosan by cross-linking and application of the immobilized laccase in the bioconversion of phenolic compounds in batch and fixed bed reactors were studied. The process for immobilization of enzyme was optimized using a rotational central composite design. The optimized conditions to generate immobilized laccase with maximal activity were determined to be a glutaraldehyde concentration of 1.0% (v/v), a pH of 6.0, an immobilization time of 5.0 hours and an enzyme concentration of 5.2 g L-1. In packed bed reactors, the activity of the immobilized enzyme is maintained for a longer time in the bioconversion of 2,6-dimethoxyphenol than in the bioconversion of syringaldazine.

Estimativa das propriedades térmicas efetivas de grãos em um secador de leito fixo

A secagem de grãos em leito fixo é um processo complexo, ocorrendo simultaneamente a transferência de calor e de massa, dificultando a estimativa dos parâmetros térmicos efetivos, pois estes podem sofrer variações significativas no decorrer da secagem em função de alterações no teor de umidade. Neste trabalho, este problema foi contornado estimando-se os parâmetros térmicos efetivos no final da secagem, quando o teor de umidade dos grãos que compõem o leito alcança valores de equilíbrio, deixando de existir a transferência de massa, persistindo apenas a transferência de calor em regime permanente. Nestas condições, o leito possui um teor de umidade constante e a estimativa dos parâmetros térmicos efetivos pode ser efetuada a partir do ajuste de um modelo pseudo-homogêneo bidimensional estático à várias medidas de temperatura no leito de grãos no final da secagem. Os resultados indicam que a estratégia utilizada para estimativa da condutividade térmica efetiva radial e do coeficiente efetivo de transferência de calor parede-leito foi adequada. Além do que, constatou-se que dentre os grãos estudados - soja, feijão, milho e trigo - a soja apresenta os menores valores de condutividade efetiva radial, enquanto o trigo apresenta o maior valor do coeficiente de transferência de calor parede-leito.

Determinação das espécies de cromo nas cinzas da incineração de couro wet-blue em reatores de leito fixo e leito fluidizado

Este trabalho tem como objetivo a determinação quantitativa da concentração de cromo (III, VI e total) nas cinzas de serragem de couro wet-blue, incineradas em reatores de leito fixo nas temperaturas de 450, 550 e 650 C e reator de leito fluidizado nas temperaturas de 730, 780, 830 e 850 C, verificando se estes resultados estão dentro dos limites permitidos pelas normas ambientais brasileiras e, consequentemente, se em relação à concentração de cromo, os processos de incineração utilizados são uma maneira adequada de promover a eliminação ambientalmente aceitável da serragem de couro wet-blue. Realizou-se, neste trabalho, o estudo dos procedimentos para digestão da amostra, dos métodos analíticos quantitativos para a determinação da concentração de cromo que constatou-se depender da valência a ser analisada. As determinações de cromo total e cromo hexavalente contido nas cinzas foram realizadas após digestão ácida e digestão alcalina da amostra, respectivamente. Após o processo de digestão o cromo total (na forma de Cr (VI)) e o cromo hexavalente foram determinados por dois métodos espectrofotométricos na forma de Cr (VI) em meio ácido com difenilcarbazida (DPC) e após redução na forma de Cr (III), complexado com EDTA. O cromo total também foi determinado por volumetria empregando o método titulométrico. Este método não foi empregado na determinação de cromo hexavalente devido aos baixos teores deste nas cinzas. O teor de Cr (III) foi obtido pela diferença entre o cromo total e cromo hexavalente Procedendo-se a análise estatística dos resultados de cromo hexavalente e total nas cinzas pelos diferentes técnicas analíticas, independente do tipo de incinerador, verificou-se que não há diferenças significativas entre os mesmos. Podendo, portanto, utilizar quaisquer uma das técnicas para avaliá-los. Comparando-se os resultados das análises obtidos na incineração da serragem de couro wet-blue em reator de leito fixo e reator de leito fluidizado em diferentes temperaturas, verificou-se que no reator de leito fixo o teor de Cr (VI) nas cinzas geradas foi muito baixa, praticamente inexistente; enquanto que no reator de leito fluidizado se a temperatura de combustão não for muito alta o teor de Cr (VI) ficará dentro dos limites aceitáveis. As cinzas provenientes de qualquer um dos processos de incineração analisadas, neste trabalho, tanto do reator de leito fixo como de leito fluidizado não é conveniente que seja descartada diretamente no solo. As mesmas devem ser aproveitadas na indústria de cerâmicos, ou mesmo em algum processo que visa recuperar o cromo.

Conversão do metano via oxicloração em reator de leito fixo utilizando catalisador do tipo CuCl2/SiO2

Supported catalysts of CuCl2 on sílica were used in the methane oxychlorination reaction. The materials were synthesized by the ion exchange technique in a basic solution, using a copper-ammonia complex with 3 and 6 % of nominal copper loading. The materials where characterized by thermogravimetry (TG), X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF), Temperature Programmed Reduction (TPR), Scanning Electron Microscopy with X-ray microanalysis (SEM/EDS), BET specific area and pore distribution. The characterization confirms the presence of copper on the support surface, concluding that the ion exchange technique was adequate in the catalyst synthesis. For the reaction test, an oxychlorination bench scale unit was employed. The tests were carried at 673 and 773 K. The results showed the influence of temperature and catalyst copper content on the oxychlorination of methane reaction

Secagem de grãos de girassol em leito fixo e em leito de jorro

This work studies two methods for drying sunflower grains grown in the western region of Rio Grande do Norte, in the premises of the Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte - IFRN - Campus Apodi. This initiative was made because of the harvested grain during the harvest, being stored in sheds without any control of temperature, humidity etc. Therewith, many physical, chemical and physiological characteristics are compromised and grains lose much quality for oil production as their germination power. Taking into account that most of the stored grain is used for replanting, the studied methods include drying of grains in a thin layer using an oven with air circulation (fixed bed) and drying in a spouted bed. It was studied the drying of grains in natura, i.e., newly harvested. The fixed bed drying was carried out at temperatures of 40, 50, 60 and 70°C. Experiments in spouted bed were performed based on an experimental design, 2² + 3, with three replications at the central point, where the independent variables were grains load (1500, 2000 and 2500 g) and the temperature of the inlet air (70, 80, and 90 °C), obtaining the drying and desorption equilibrium isotherms. Previously, the characteristic curves of the bed were obtained. Both in the fixed bed as in the spouted bed, drying and desorption curves were obtained by weighing the grains throughout the experiments and measurements of water activity, respectively. The grains drying in the spouted bed showed good results with significant reduction of processing time. The models of FICK and PAGE were fitted to the experimental data, models which will represent the drying of grains both in the fixed bed as in the spouted bed. The desorption curves showed no influence of the processing temperature in the hygroscopic characteristics of the grains. The models of GAB, OSWIN and LUIKOV could well represent the desorption isotherms

Estudo da secagem do feijão verde (Vigna unguiculata L. Walp) - análise experimental do processo combinado leito fixo/leito de jorro

Green bean is considered as one of most traditional Brazilian Northeast dishes. Green beans drying preliminary experiments show that combine processes, fixed-bed/spouted bed, resulted in dehydrated beans with uniform humidity and the recovery of the beans properties after their rehydration. From this assays was defined an initial humidity suited for the spouted bed process. A fixed-bed pre-drying process until a level of 40% humidity gave the best results. The spouted bed characteristic hydrodynamic curves were presented for different beans loads, where changes in the respective beans physical properties were evidenced during the fluidynamic assay, due simultaneous drying process. One 22 factorial experimental design was carried out with three repetition in the central point, considering as entry variables: drying air velocity and temperature. The response variables were the beans brakeage, water fraction evaporated during 20 and 50 minutes of drying and the humidity ratio. They are presented still the modeling of the drying of the green beans in fine layer in the drier of tray and the modeling of the shrinking of the beans of the drying processes fixed-bed and spouted bed

Viabilidade do tratamento de água residuária sintética têxtil em reator aeróbio de leito fixo

A continuous flow reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, with total volume of 5 L was operated at 29 degrees C, with eight hours of retention hydraulic time and 150 L.h(-1) of air flow rate in order to remove 25 mg.L(-1) of Congo Red dye from a synthetic wastewater. The feeding of the reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, was done in two phases: Phase I, with 0,5 g/L of saccharose and Phase II, with no saccharose. In Phase I, it was possible to verify efficiencies of organic matter and color (mg Pt.L(-1)) removal of 80 +/- 16% and 82 +/- 10%, respectively. In Phase II, the efficiency of organic matter removal was 75 +/- 13% and color removal was 89 +/- 7%. The higher removals of nutrients were achieved by the reactor in Phase I with 25% to ammonia, 90% to nitrite, 93% to nitrate and 21% to phosphorus. Apparently, the presence of saccharose improved the removal of the nutrients.

Remoção de etanol e benzeno em reator anaeróbio horizontal de leito fixo na presença de sulfato

In this study it is reported the operation of a horizontalflow anaerobic immobilized biomass (HAlB) reactor under sulfate-reducing condition which was also exposed to different amounts of ethanol and benzene. The HAIB reactor comprised of an immobilized biomass on polyurethane foam and ferrous and sodium sulfate solutions were used (91 and 550 mg.l -1, respectively), to promote a sulfate-reducing environment. Benzene was added at an initial concentration of 2.0 mg.l -1 followed by an increased to 9 e 10 mg. l -1, respectively. Ethanol was added at an initial concentration of 170 mg.l -1 followed by an increased range of 960 mg.l -1. The reactor was operated at 30 (± 2) °C with hydraulic detention time of 12 h. Organic matter removal efficiency of 90% with a maximum benzene degradation rate of 0.07 mv, benzene.mg -1 vss.d -1 Thus, this work corroborate the data obtained for Cattony et al (2005) and also demonstrate that compact units of HAIB reactors, under sulfate reducing conditions, are a potential alternative for in situ aromatic compounds bioremediation.