Avaliação do uso de carvão ativado preparado a partir de resíduos agroindustriais na adsorção de ácidos naftênicos
A presença de ácidos naftênicos (AN) no querosene de aviação (QAV) é prejudicial para o setor de aviação devido a estes compostos serem corrosivos. Neste intuito, processos adsortivos vêm sendo estudados com o propósito de remover AN do petróleo ou de seus derivados. Desta forma, este trabalho propô...
| Main Author: | CAMPOS, Natália Ferreira |
|---|---|
| Other Authors: | DUARTE, Marta Maria Menezes Bezerra |
| Format: | doctoralThesis |
| Language: | por |
| Published: |
Universidade Federal de Pernambuco
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: |
https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/32996 |
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ir-123456789-329962019-09-17T05:09:19Z Avaliação do uso de carvão ativado preparado a partir de resíduos agroindustriais na adsorção de ácidos naftênicos CAMPOS, Natália Ferreira DUARTE, Marta Maria Menezes Bezerra BARBOSA, Celmy Maria Bezerra de Menezes SALES, Deivson Cesar Silva http://lattes.cnpq.br/7441229690485153 http://lattes.cnpq.br/2069994676017059 http://lattes.cnpq.br/5606017652367088 Engenharia Química Ácido naftênico Adsorção Carvão ativado Casca de amendoim Querosene de aviação Sabugo de milho A presença de ácidos naftênicos (AN) no querosene de aviação (QAV) é prejudicial para o setor de aviação devido a estes compostos serem corrosivos. Neste intuito, processos adsortivos vêm sendo estudados com o propósito de remover AN do petróleo ou de seus derivados. Desta forma, este trabalho propôs a utilização de carvões ativados preparados a partir de resíduos agroindustriais como adsorventes para remoção de AN em mistura modelo de QAV. Os carvões da casca de amendoim e do sabugo de milho foram preparados em atmosfera de N₂ na vazão de 100 mL·min⁻¹ a 873 K por 60 minutos, para ativação o fluxo de N₂ foi substituído por CO₂ permanecendo nas mesmas condições. Foram realizados planejamentos fatoriais 2² com ponto central em triplicata para avaliar a influência da granulometria (mm) e da velocidade de agitação (rpm) sobre a capacidade adsortiva q (mg·g⁻¹) e para selecionar o adsorvente. A série da casca de amendoim foi caracterizada por pH do ponto de carga zero (pHpcz), caracterização estrutural, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com base nos resultados dos planejamentos foram realizados estudos cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos. O estudo em leito fixo foi realizado para avaliar a influência da vazão, da concentração inicial do AN e da regeneração do leito através de ciclos de adsorção/dessorção do AN. No planejamento fatorial, a maior q foi obtida para o carvão ativado da casca de amendoim nos níveis granulometria <0,09 mm e sem agitação. A casca de amendoim, o carvão e o carvão ativado apresentaram pHpcz iguais a 6,0; 9,5 e 9,5, respectivamente. Através da TG verificou-se três perdas de massa para série da casca de amendoim. Na FTIR da casca de amendoim foi constatada presença de grupos funcionais provenientes de celulose e lignina. Através da caracterização estrutural, classificou-se a casca de amendoim e o carvão como materiais mesoporosos, e o carvão ativado como microporoso. Na MEV, foi observada mudança morfológica na superfície da casca de amendoim (não porosa), que após o processo de carbonização e ativação apresentou poros e cavidades na superfície. No estudo cinético, verificou-se que o sistema alcançou o equilíbrio após 180 minutos e que o modelo pseudo-primeira ordem apresentou melhor ajuste. Os modelos de Weber-Morris e Boyd confirmaram que o processo é controlado pela difusão intrapartícula. O modelo de Langmuir apresentou melhor ajuste aos dados experimentais com capacidade máxima adsortiva de 884 mg·g⁻¹. No estudo termodinâmico, verificou-se que o aumento da temperatura reduziu a q do AN pelo adsorvente. O processo libera calor de adsorção igual a 15,4 kJ·mol⁻¹ indicando que ocorreu fisissorção. No estudo em leito fixo, verificou-se que o aumento da vazão e da concentração de AN diminuíram o tempo de ruptura. No entanto, o sistema foi capaz de realizar no mínimo 3 ciclos de adsorção/dessorção. O carvão ativado da casca de amendoim demonstrou ter potencial de adsorvente eficiente e efetivo para a remoção de ácidos naftênicos em mistura modelo de QAV. CAPES The presence of naphthenic acids (NA) in aviation kerosene (AVK) is detrimental to the aviation industry because these compounds are corrosive. In this sense, adsorptive processes have been studied with the purpose of removing NA from oil or it’s derivates. In view of the above, this work proposed the use of activated carbons prepared from agroindustrial residues as adsorbents for the removal of NA in a model mixture of AVK. The coals of peanut shell and corn cob were prepared in atmosphere of N₂ at a flow rate of 100 mL·min⁻¹ at 873 K for 60 minutes, for activation the N₂ flow rate was replaced by CO₂ remaining under the same conditions. In order to evaluate the granulometry (mm) and the stirring speed (rpm) influence on the adsorptive capacity q (mg.g⁻¹) and to select the adsorbent, a factorial plot 2² with a central point in triplicate was used. The peanut shells, charcoal and activated charcoal were characterized by the point of zero charge pH, structural characterization, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric (TG) analysis and scanning electron microscopy (SEM). Based on the results of the planning, kinetic, equilibrium and thermodynamic studies were performed. A fixed bed study was carried out to evaluate the influence of the flow and the initial concentration, AN adsorption/desorption cycles. In the factorial design, the higher adsorption capacity was obtained for the activated charcoal of peanut shell for the lower level of the granulometry <0,09 mm and without agitation. The peanut shell, the charcoal and the activated charcoal showed pHpcz equal to 6.0, 9.5 and 9.5, respectively. Through TG, there were three mass losses for agroindustrial residue studied. The presence of functional groups of cellulose and lignin were observed in FTIR of peanut hulls. Through the structural characterization, peanut shell and charcoal were classified as mesoporous materials, and activated charcoal as microporous. In the SEM, morphological change was observed in the surface of the peanut shell (nonporous), which after the carbonization and activation processes had pores and cavities on the surface. It was verified that the system reached equilibrium after 180 minutes and that the pseudo-first order model presented a better fit. The Weber-Morris and Boyd model have confirmed that the adsorption process in controlled by the intraparticle diffusion step. The Langmuir model presented better adjustment to the experimental data with a maximum adsorptive capacity of 884 mg·g⁻¹. In the thermodynamic study, it was verified that the temperature increase reduced the q of the NA by the activated carbon of the peanut shell. The process releases adsorption heat equal to 15.4 kJ·mol⁻¹ indicating that fisistion occurred. In the fixed bed study, it was verified that the increase of the flow and the concentration of NA decreased the time of rupture. However, the system was able to perform at least 3 adsorption/desorption cycle. The activated charcoal from peanut hulls has shown to have an efficient and effective adsorbent potential for the removal of naphthenic acids in a model mixture of AVK. 2019-09-16T22:26:36Z 2019-09-16T22:26:36Z 2018-12-06 doctoralThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/32996 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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A presença de ácidos naftênicos (AN) no querosene de aviação (QAV) é prejudicial para o setor de aviação devido a estes compostos serem corrosivos. Neste intuito, processos adsortivos vêm sendo estudados com o propósito de remover AN do petróleo ou de seus derivados. Desta forma, este trabalho propôs a utilização de carvões ativados preparados a partir de resíduos agroindustriais como adsorventes para remoção de AN em mistura modelo de QAV. Os carvões da casca de amendoim e do sabugo de milho foram preparados em atmosfera de N₂ na vazão de 100 mL·min⁻¹ a 873 K por 60 minutos, para ativação o fluxo de N₂ foi substituído por CO₂ permanecendo nas mesmas condições. Foram realizados planejamentos fatoriais 2² com ponto central em triplicata para avaliar a influência da granulometria (mm) e da velocidade de agitação (rpm) sobre a capacidade adsortiva q (mg·g⁻¹) e para selecionar o adsorvente. A série da casca de amendoim foi caracterizada por pH do ponto de carga zero (pHpcz), caracterização estrutural, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com base nos resultados dos planejamentos foram realizados estudos cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos. O estudo em leito fixo foi realizado para avaliar a influência da vazão, da concentração inicial do AN e da regeneração do leito através de ciclos de adsorção/dessorção do AN. No planejamento fatorial, a maior q foi obtida para o carvão ativado da casca de amendoim nos níveis granulometria <0,09 mm e sem agitação. A casca de amendoim, o carvão e o carvão ativado apresentaram pHpcz iguais a 6,0; 9,5 e 9,5, respectivamente. Através da TG verificou-se três perdas de massa para série da casca de amendoim. Na FTIR da casca de amendoim foi constatada presença de grupos funcionais provenientes de celulose e lignina. Através da caracterização estrutural, classificou-se a casca de amendoim e o carvão como materiais mesoporosos, e o carvão ativado como microporoso. Na MEV, foi observada mudança morfológica na superfície da casca de amendoim (não porosa), que após o processo de carbonização e ativação apresentou poros e cavidades na superfície. No estudo cinético, verificou-se que o sistema alcançou o equilíbrio após 180 minutos e que o modelo pseudo-primeira ordem apresentou melhor ajuste. Os modelos de Weber-Morris e Boyd confirmaram que o processo é controlado pela difusão intrapartícula. O modelo de Langmuir apresentou melhor ajuste aos dados experimentais com capacidade máxima adsortiva de 884 mg·g⁻¹. No estudo termodinâmico, verificou-se que o aumento da temperatura reduziu a q do AN pelo adsorvente. O processo libera calor de adsorção igual a 15,4 kJ·mol⁻¹ indicando que ocorreu fisissorção. No estudo em leito fixo, verificou-se que o aumento da vazão e da concentração de AN diminuíram o tempo de ruptura. No entanto, o sistema foi capaz de realizar no mínimo 3 ciclos de adsorção/dessorção. O carvão ativado da casca de amendoim demonstrou ter potencial de adsorvente eficiente e efetivo para a remoção de ácidos naftênicos em mistura modelo de QAV. |
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