Biossorção do corante Amarelo Reafix B8G a partir do bagaço de malte em batelada e sistema contínuo: avaliação experimental e simulação fluidodinâmica computacional

• Autor(a) principal: Silva, Bruna Cassia da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4040
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Indústria têxtil; Corantes e tingimento; Resíduos industriais; Equilíbrio químico; Fluidodinâmica computacional; Textile industry; Dyes and dyeing; Factory and trade waste; Chemical equilibrium; Computational fluid dynamics; Engenharia Química

Este trabalho teve por objetivo a avaliação do bagaço de malte como biossorvente na remoção do corante Amarelo Reafix B8G. Foram realizados ensaios experimentais em batelada, sistema contínuo e simulação fluidodinâmica computacional (CFD). O biossorvente foi caracterizado a partir da determinação do diâmetro médio das partículas, ponto de carga zero, morfologia por micrografia de varredura eletrônica, grupos funcionais por espectrometria de infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e área superficial específica por fisissorção de N2. Os ensaios em batelada foram realizados sob diferentes condições operacionais (pH, tamanho médio das partículas, tempo de contato, concentração inicial e temperatura). A recuperação do corante foi avaliada pela dessorção em batelada utilizando-se diferentes eluentes. A biossorção em sistema contínuo ocorreu em coluna de leito fixo e foi avaliada através das curvas de ruptura e dos parâmetros de transferência de massa obtidos sob diferentes condições operacionais (vazão e concentração). Por fim, para a simulação CFD implementou-se um modelo integrado ao código comercial ANSYS Fluent 19.0. Este modelo foi composto por equações que descrevem a biossorção, que inclui: balanço de massa na fase líquida, na fase sólida (modelo cinético difusivo de resistência à transferência de massa interna) e equilíbrio entre as fases (isoterma de adsorção). Estas equações, juntamente com as equações associadas ao escoamento de fluidos, foram solucionadas. O que permitiu obter curvas de ruptura simuladas e perfis de concentração de corante no leito, sob as mesmas condições e parâmetros experimentais. Dentre as caracterizações, a técnica FTIR evidenciou um possível mecanismo de biossorção associado à adsorção do corante nos sítios ativos dos grupos hidroxila (OH) da celulose do biossorvente. A avaliação em batelada apresentou tempo de equilíbrio inferior a 24 horas, para todas as temperaturas avaliadas. E os melhores percentuais de remoção foram alcançados para faixas menores de concentração. Quanto a temperatura, tanto na avaliação do tempo de contato quanto para a concentração, houve a evidência de uma temperatura ótima (30 °C). A cinética foi melhor representada pelo modelo de pseudo-segunda ordem e evidenciou um processo de fisissorção, com energia de ativação de 24.10 kJ mol-1. O equilíbrio de biossorção foi melhor representado pela isoterma combinada de Langmuir-BET, que indica que a adsorção pode ocorrer por um processo em monocamada e multicamadas sobrepostas. A termodinâmica de adsorção foi avaliada para cada uma destas etapas, que apresentaram um processo espontâneo, exotérmico e com aumento na desordem na interface sólido/solução. Com relação à dessorção, verificou-se a recuperação de elevado percentual de corante (94%), utilizando álcool etílico como eluente. A biossorção em sistema contínuo apresentou capacidade de remoção superior à remoção em batelada, com as curvas de ruptura fortemente influenciadas pelas condições operacionais. Nas simulações fluidodinâmicas, foi possível verificar que o modelo integrado foi capaz de demonstrar a saturação do leito. Contudo, as curvas de ruptura simuladas apresentaram comportamento diferente das curvas experimentais, possivelmente pela imprevisão dos efeitos de resistência à transferência de massa. Com base nos resultados experimentais, é possível afirmar que o bagaço de malte apresenta significativa capacidade de tratamento de efluentes contendo o corante amarelo reativo.