Estudo adsortivo dos íons Cr, Ni, Pb e Zn (eletrólitos de bateria chumbo-ácido) através da argila esmectita e do carvão ativado
As baterias eletroquímicas são dispositivos que convertem energia química em energia elétrica, sob forma de energia contínua, quando no processo de descarga. Este trabalho se limita a abordar as baterias de chumbo-ácido, que são recarregáveis e, por ser duráveis, são escolhidas para uso em automóvei...
| Main Author: | ARAÚJO, Lilian Maria Cesar de |
|---|---|
| Other Authors: | LIMA FILHO, Nelson Medeiros de |
| Format: | doctoralThesis |
| Language: | por |
| Published: |
Universidade Federal de Pernambuco
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: |
https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/32662 |
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ir-123456789-326622019-09-13T05:05:31Z Estudo adsortivo dos íons Cr, Ni, Pb e Zn (eletrólitos de bateria chumbo-ácido) através da argila esmectita e do carvão ativado ARAÚJO, Lilian Maria Cesar de LIMA FILHO, Nelson Medeiros de SARMENTO, Sandra Maria http://lattes.cnpq.br/1223138144408300 http://lattes.cnpq.br/6756450118042081 Engenharia Química Adsorção Argila esmectita Carvão ativado CTC Metais pesados As baterias eletroquímicas são dispositivos que convertem energia química em energia elétrica, sob forma de energia contínua, quando no processo de descarga. Este trabalho se limita a abordar as baterias de chumbo-ácido, que são recarregáveis e, por ser duráveis, são escolhidas para uso em automóveis. Este tipo de bateria, utiliza o chumbo (Pb) e dióxido de chumbo (PbO₂) imersos em uma solução de ácido sulfúrico. As impurezas contidas no eletrólito e no ácido sulfúrico concentrado interagem com o meio através de adsorção, reações de troca catiônica e por complexação. Os adsorventes utilizados, neste trabalho, foram: a argila (Esmectita Verde) e/ou carvão ativado. A solução de bateria com seu tempo de vida esgotado, foi analisada quantificando os metais pesados e o pH. Os metais escolhidos foram: cromo (Cr), níquel (Ni), chumbo (Pb) e o zinco (Zn). Foi preparada uma solução de bateria (chumbo-ácido) “sintética”, contendo um, a combinação de dois, a combinação com três e/ou quatro eletrólitos, simulando a existente nas baterias. Foram construídas as isotermas da cinética de adsorção na T=25ºC e nos pH’s 2,3; 2,4 e 2,5. Enquanto que, no equilíbrio, a isoterma de adsorção foi construída no pH=2,4 e T=25ºC. Estes dados, foram representados graficamente através da relação q (mg.g⁻¹) vs t (min.). Procedeu-se à avaliação de sistemas de adsorção monocomponente e multicomponentes, em regime batelada, considerando as abordagens de equilíbrio do carvão ativado, o qual foi escolhido por apresentar uma boa adsorção dos metais e ser economicamente mais favorável. Os metais pesados foram quantificados por Espectrofotômetro de Absorção Atômica. Os resultados experimentais ajustaram-se bem ao modelo de equilíbrio combinado de Langmuir-Freundlich. Constatou-se que a relação Ni/Zn no sistema monocomponente é 0,98 passando para 0,99 para o sistema multicomponente, revelando que as afinidades de ambos os metais pelo carvão ativado é muito semelhante. Além disso, a afinidade em ordem decrescente, no sistema multicomponente (Cr, Ni, Pb e Zn), pelo carvão é: Pb(67,81%) > Cr (21,18%) > Zn (5,62%) > Ni (5,39%). Entretanto, os processos de adsorção multicomponentes são complexos, porque são afetados por vários fatores, assim sendo, mais estudos são necessários para melhor avaliá-los. Electrochemical batteries are devices that convert chemical energy into electrical energy, in the form of continuous energy, during the discharge process. This work is limited to addressing lead acid batteries, which are rechargeable and, because they are durable, are chosen for use in automobiles. This type of battery uses lead (Pb) and lead dioxide (PbO₂) immersed in a solution of sulfuric acid. The impurities contained in the electrolyte and the concentrated sulfuric acid interacts with the medium through adsorption, cation exchange reactions and by complexation. The adsorbents used in this work were: clay (Green Smectite) and/or activated carbon. The battery solution with its exhausted life time was analyzed by quantifying the heavy metals and pH. The chosen metals were: chromium (Cr), nickel (Ni), lead (Pb) and zinc (Zn). A "synthetic" (lead-acid) battery solution was prepared, containing one, the combination of two, the combination with three and/or four electrolytes, simulating that in the batteries. The isotherms of adsorption kinetics were constructed at T = 25 ° C and at pH's 2.3, 2.4 and 2.5. At equilibrium, the adsorption isotherm was constructed at pH = 2.4 and T = 25 °C. These data were plotted through the relation q (mg.g⁻¹) vs. t (min). It was evaluated the adsorption systems of one-component and multicomponent batch systems, considering the equilibrium approaches of activated carbon, which was chosen because it presents a good adsorption of the metals and is economically more favorable. The heavy metals were quantified by Atomic Absorption Spectrophotometer. The experimental results fit well with the Langmuir-Freundlich combined equilibrium model. It was found that the Ni/Zn ratio in the one-component system is 0.98 to 0.99 for the multicomponent system, revealing that the affinities of both metals by the activated carbon is very similar. In addition, the affinity in descending order in the multicomponent system (Cr, Ni, Pb and Zn) by coal is: Pb (67.81%) > Cr (21.18%) > Zn (5.62%) > Ni (5.39%). However, multicomponent adsorption processes are complex because they are affected by several factors, so more studies are needed to better evaluate them. 2019-09-12T18:08:59Z 2019-09-12T18:08:59Z 2018-09-12 doctoralThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/32662 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Engenharia Quimica |
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Engenharia Química Adsorção Argila esmectita Carvão ativado CTC Metais pesados |
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Engenharia Química Adsorção Argila esmectita Carvão ativado CTC Metais pesados ARAÚJO, Lilian Maria Cesar de Estudo adsortivo dos íons Cr, Ni, Pb e Zn (eletrólitos de bateria chumbo-ácido) através da argila esmectita e do carvão ativado |
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As baterias eletroquímicas são dispositivos que convertem energia química em energia elétrica, sob forma de energia contínua, quando no processo de descarga. Este trabalho se limita a abordar as baterias de chumbo-ácido, que são recarregáveis e, por ser duráveis, são escolhidas para uso em automóveis. Este tipo de bateria, utiliza o chumbo (Pb) e dióxido de chumbo (PbO₂) imersos em uma solução de ácido sulfúrico. As impurezas contidas no eletrólito e no ácido sulfúrico concentrado interagem com o meio através de adsorção, reações de troca catiônica e por complexação. Os adsorventes utilizados, neste trabalho, foram: a argila (Esmectita Verde) e/ou carvão ativado. A solução de bateria com seu tempo de vida esgotado, foi analisada quantificando os metais pesados e o pH. Os metais escolhidos foram: cromo (Cr), níquel (Ni), chumbo (Pb) e o zinco (Zn). Foi preparada uma solução de bateria (chumbo-ácido) “sintética”, contendo um, a combinação de dois, a combinação com três e/ou quatro eletrólitos, simulando a existente nas baterias. Foram construídas as isotermas da cinética de adsorção na T=25ºC e nos pH’s 2,3; 2,4 e 2,5. Enquanto que, no equilíbrio, a isoterma de adsorção foi construída no pH=2,4 e T=25ºC. Estes dados, foram representados graficamente através da relação q (mg.g⁻¹) vs t (min.). Procedeu-se à avaliação de sistemas de adsorção monocomponente e multicomponentes, em regime batelada, considerando as abordagens de equilíbrio do carvão ativado, o qual foi escolhido por apresentar uma boa adsorção dos metais e ser economicamente mais favorável. Os metais pesados foram quantificados por Espectrofotômetro de Absorção Atômica. Os resultados experimentais ajustaram-se bem ao modelo de equilíbrio combinado de Langmuir-Freundlich. Constatou-se que a relação Ni/Zn no sistema monocomponente é 0,98 passando para 0,99 para o sistema multicomponente, revelando que as afinidades de ambos os metais pelo carvão ativado é muito semelhante. Além disso, a afinidade em ordem decrescente, no sistema multicomponente (Cr, Ni, Pb e Zn), pelo carvão é: Pb(67,81%) > Cr (21,18%) > Zn (5,62%) > Ni (5,39%). Entretanto, os processos de adsorção multicomponentes são complexos, porque são afetados por vários fatores, assim sendo, mais estudos são necessários para melhor avaliá-los. |
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