TCC_José Michell Santos Oliveira

7/24/2019 TCC_Jos Michell Santos Oliveira

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOASUFAL

UNIDADE CENTRO DE TECNOLOGIACTEC

CURSO DE ENGENHARIA QUMICA

Jos Michell Santos Oliveira

ESTUDO DA REMOO DE AMOXICILINA PRESENTE EM

SOLUES AQUOSAS POR ADSORO EM CARVES ATIVADOS

Macei

2015


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Jos Michell Santos Oliveira

ESTUDO DA REMOO DE AMOXICILINA PRESENTE EM

SOLUES AQUOSAS POR ADSORO EM CARVES ATIVADOS

Trabalho de concluso de curso apresentado ao

Curso de Engenharia Qumica do Centro de

Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas

como requisito parcial para obteno do ttulo debacharel em Engenharia Qumica.

Orientador: Christiano Cantarelli Rodrigues

Coorientador: Altair Marques da Silva

Macei2015


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Folha de Aprovao

Autor: Jos Michell Santos Oliveira

ESTUDO DA REMOO DE AMOXICILINA PRESENTE EM SOLUES

AQUOSAS POR ADSORO EM CARVES ATIVADOS

Trabalho de concluso de curso apresentado ao

Curso de Engenharia Qumica do Centro de

Tecnologia da Universidade Federal de Alagoas

como requisito parcial para obteno do ttulo de

bacharel em Engenharia Qumica aprovado em 01

de Setembro de 2015.

___________________________________________________________________

Professor Christiano Cantarelli Rodrigues(Orientador)

CTEC/UFAL

Banca Examinadora:

___________________________________________________________________

Professora Ivete Vasconcelos Lopes Ferreira

CTEC/UFAL

___________________________________________________________________

Professor Wagner Roberto de Oliveira Pimentel

CTEC/UFAL


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RESUMO

Estudo da remoo de amoxicilina presente em solues aquosas por adsoro em

carvo ativado, no qual foi utilizado o endocarpo do coco da baa para a produode trs carves ativados por ativao fsica e qumica. A ativao foi realizada por

dixido de carbono (CO2), Cloreto de Zinco (ZnCl2) e cido Fsforico (H3PO4) sendo,

respectivamente, denominados de CH-7, SE-6 e SE-E e foram fornecidas as

caractersticas dos mesmos pelo Grupo de Produo e Aplicao de Adsorventes do

Laboratrio de Saneamento AmbientalLSA/UFAL. O estudo mostra a diferena da

capacidade de adsoro entre carves fsica e quimicamente ativados, entre os

quimicamente ativados, as variveis de otimizao da adsoro e arepresentatividade dos modelos de cintica e isotermas de adsoro. Os

experimentos de cintica de adsoro foram realizados em um reator de banho finito

e as isotermas de adsoro em frascos em agitao. Os carves quimicamente e

fisicamente ativados adsorveram em torno 60 mg e 4 mg de amoxicilina por grama

de carvo ativado, nessa ordem. Foi percebido que alm da rea superficial

especfica influenciar a capacidade de adsoro, a concentrao do carvo ativado e

a concentrao de amoxicilina tiveram influencia significativa no processo, entretanto

as maiores eficincias ocorreram em baixos valores e faixas de valores de

concentraes de carvo ativado (0,5 g/L) e amoxicilina (9,24-44,30 mg/L)

realizados nos experimentos, respectivamente.

Palavras-Chave: AdsoroCarvo Ativado Amoxicilina


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ABSTRACT

Study of removal of amoxicillin present in aqueous solutions by adsorption on

activated charcoal, which was used in the bay coconut endocarp to produce threeactivated carbons by physical and chemical activation. The activation was performed

by carbon dioxide (CO2), zinc chloride (ZnCl2) and phosphoric acid (H3PO4) being

respectively named CH-7, SE-6 and SE-E were given the characteristics of the same

Group Production Adsorbents and application of the Environmental Sanitation

Laboratory - LSA / UFAL. The study shows the difference of adsorption capacity

between physical and chemically activated carbons, among chemically activated, the

adsorption optimization variables and the representativeness of kinetic models andadsorption isotherms. The adsorption kinetics experiments were performed in a finite

bath reactor and the adsorption isotherms in bottles in agitation. The adsorption

kinetics experiments were performed in a finite bath reactor and the adsorption

isotherms in bottles in agitation. The chemically and physically activated charcoals

adsorbed about 60 mg and 4 mg of amoxycillin per gram of activated carbon, in this

order. It was realized that addition of specific surface area influence the adsorption

capacity, the concentration of activated carbon and concentration of amoxicillin had

significant influence in the process, however the highest efficiencies occurred at low

values and activated carbon concentrations ranges of values (0.5 g/L) and amoxicillin

(9.24 to 44.30 mg/L) in the experiments performed, respectively.

Keywords: Adsorption - Activated Carbon - Amoxicillin


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Sumrio

1 Introduo .......................................................................................................................... 6

2 Objetivo .............................................................................................................................. 8

2.1 Objetivo geral .................................................................................................................. 8

2.2 Objetivos especficos..................................................................................................... 8

3 Reviso Bibliogrfica........................................................................................................ 9

3.1 Microcontaminantes ....................................................................................................... 9

3.2 Frmacos e Amoxicilina................................................................................................ 9

3.3 Adsoro ....................................................................................................................... 10

3.4 Adsorvente .................................................................................................................... 11

4 Materiais e Mtodos ........................................................................................................ 14

4.1 Adsorvente .................................................................................................................... 14

4.2 Soluo do Antibitico................................................................................................ 15

4.3 Ensaios de Adsoro ................................................................................................... 15

4.3.1 Ensaios de Equilbrio............................................................................................ 15

4.3.2 Ensaios Cinticos .................................................................................................. 16

5 Resultados e Discusses............................................................................................... 17

6 Concluso ........................................................................................................................ 287 Referncias Bibliogrficas


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1 Introduo

O uso de recursos naturais pela populao mundial, de maneira incorreta,

vem causando a poluio no meio ambiente, que a modificao indesejada das

caractersticas fsicas, qumicas ou biolgicas que prejudiquem ou possam

prejudicar sade, sobrevivncia ou s atividades dos seres humanos na

atmosfera, litosfera ou hidrosfera com efeitos locais, regionais ou globais (BRAGA et

al, 2005).

Os antibiticos so uma classe de frmacos que possuem caractersticas

bactericidas e bacteriostticas, sendo utilizados em grandes propores por

profissionais em ambiente hospitalar e pela populao em geral para uso domstico

(ANVISA, 2014). Tais substncias qumicas, quando inadequadamente descartadasem redes de esgoto, independente da quantidade, so consideradas micropoluentes

ou microcontaminantes.

Micropoluentes ou microcontaminantes so compostos orgnicos presentes

em guas que mesmo eem pequenas concentraes (em g/L ou em ng/L),

geralmente em concentraes abaixo de 1 parte por milho, so capazes de

desencadear efeitos sobre os sistemas em que so introduzidos e no so

removidos por processos de tratamento em estaes de tratamento de esgoto (ETE)e de gua (ETA), ou dispostos no solo, em sedimentos e em guas naturais (SILVA,

N. C., 2012; AQUINO et al, 2013).

Dentre os microcontaminantes mais relevantes da classe dos antibiticos

destaca-se a amoxicilina, devido ao seu alto consumo (SILVA, N. C., 2012), pois

mesmo em pequenas propores favorece a toxicidade da gua, o aumento da

resistncia de bactrias patognicas, provoca genotoxicidade e distrbios

endcrinos na biota em geral e no homem (ERBA, 2011). Neste sentido, de grandeimportncia na atualidade, o desenvolvimento de tcnicas de tratamento que

permitam remover este tipo de poluente de forma eficiente e segura.

Diversas tcnicas tm sido estudadas com a finalidade de tratar este

poluente, entre elas a adsoro, que se caracteriza pela reteno do poluente na

superfcie de um slido adsorvente aps o contato entre as duas fases.

Um dos materiais mais empregados como adsorvente na remoo de

compostos orgnicos em processos de tratamento de guas o carvo ativado(CA), devido as suas caractersticas que em geral proporciona uma grande


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capacidade de adsoro, e pelo fato da maioria dos frmacos apresentarem

destacada afinidade com este tipo de adsorvente (MANGUEIRA, 2014; TAMBOSI,

2008).

O carvo ativado pode ser produzido a partir de vrios precursores orgnicos

como madeira, casca e caroos de frutas etc. Dentre estes precursores, o

endocarpo do coco da baa, popularmente conhecida como quengado coco, vem

sendo utilizado na fabricao de carvo ativado. (MANGUEIRA, 2014; CAMBUIM,

2009).

Por sua grande disponibilidade, principalmente no nordeste do Brasil onde

so encontrados os maiores produtores de coco (IBGE, 2014), por ser um

subproduto da agricultura, sendo uma alternativa de menor custo em relao a

outros precursores e por ser um precursor renovvel, uma matria-prima vivelpara produo de carvo ativado com alta porosidade, o que implica em uma rea

superficial extensa (MANGUEIRA, 2014).

Desta maneira, este estudo visa avaliar a remoo de amoxicilina de meios

aquosos por carvo ativado produzido do endocarpo do coco da baa.


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2 Objetivo

2.1 Objetivo geral

Estudar o tratamento de solues aquosas contaminadas com amoxicilina

atravs da adsoro em carvo ativado.

2.2 Objetivos especficos

1. Caracterizar o carvo ativado a ser usado como adsorvente;

2. Determinar a cintica de adsoro;

3. Determinar as isotermas de adsoro;

4. Determinar a eficincia do processo de adsoro;

5. Avaliar os resultados obtidos e determinar as variveis de processo que

influenciam na melhor condio de adsoro.


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3 Reviso Bibliogrfica

3.1 Microcontaminantes

Os microcontaminantes so substncias presentes em guas em propores

muito pequenas, da ordem de ng/L a mg/L. Estes tipos de contaminantes em geral,

no so removidos em estaes de tratamento de esgoto (ETE) ou estaes de

tratamento de gua (ETA). Este tipo de situao mostra a necessidade do

desenvolvimento de mtodos de tratamentos mais especficos para a retirada destes

tipos de contaminantes de guas, sejam elas residurias ou de abastecimento.

So exemplos de microcontaminantes, as substncias presentes emfrmacos, desreguladores endcrinos, fungicidas, bactericidas, desinfetantes, meios

de contraste, aditivos alimentares, produtos para cuidados pessoais, corantes,

detergentes e desinfetantes encontradas, por exemplo, em esgoto, guas de

abastecimento, sedimentos e lodo biolgico (LIMA, 2013; SOUZA, 2011).

3.2 Frmacos e Amoxicilina

Na classe dos frmacos, os antibiticos so substncias que tm grande

destaque, devido sua importncia no combate de enfermidades e grande volume de

uso. Os antibiticos so substncias biossintetizadas por seres vivos como

cogumelos, fungos, plantas e organismos superiores. Estas substncias agem na

inibio dos microrganismos e/ou no bloqueio do seu crescimento e replicao

celulares, sendo seus efeitos inibitrio ou bactericida dependente da concentrao

utilizada em infeces (SILVA, P., 2012).

Dentre os muitos antibiticos existentes, a amoxicilina (C16H19N3O5S e Peso

Molecular = 365,38 g/mol), Figura 1, uma penicilina semissinttica pertencente a

classe das aminopenicilinas, que possui como grupamento biologicamente ativo o

anel betalactmico, sendo um medicamento altamente utilizado para combater

infeces que apresentem grande concentrao de bactrias (BRUNTON

CHABNER; KNOLLMAN, 2012).


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Figura 1 Molcula de Amoxicilina

Fonte:http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/51653564#section=Top

Os frmacos, especificamente os antibiticos, so exemplos comuns de

substncias que quando encontradas em um meio aqutico podem promoverprincipalmente a resistncia de bactrias patognicas e a toxicidade da gua

(TAMBOSI, 2008). Neste sentido, de grande importncia ambiental a necessidade

de evitar que estas substncias sejam descartadas de forma inadequada e sem

tratamento em reservatrios de gua (BRAGA et al, 2005).

3.3 Adsoro

Diversas so as tcnicas que esto sendo usadas e aperfeioadas para o

tratamento de guas contaminadas com frmacos, tais como coagulao,

sedimentao e flotao, contudo ainda no comum definir uma tcnica que seja a

ideal para este fim (LIBNIO, 2010). Esta situao leva a necessidade de se

desenvolver estudos no sentido de buscar a melhor tcnica para cada tipo de

frmaco. Neste contexto, a adsoro uma tcnica que tem sido usada para o

tratamento de frmacos, e tem apresentado resultados promissores para esse fim

(CERQUEIRA, 2013).

A adsoro um processo em que uma substncia presente em um

determinado meio fluido retida em uma superfcie slida atravs do contato das

duas fases. Neste processo, a fase slida chamada de adsorvente e a substncia

a ser removida da fase fluida chamada de adsorvato (Figura 2), (LIMA, 2014).


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Figura 2 Adsoro em Carvo Ativado

Fonte:http://www.naturaltec.com.br/Carvao-Ativado.html

A adsoro pode ser de dois tipos, a adsoro fsica e a adsoro qumica. A

adsoro fsica ocorre quando h a interao de foras de Van der Walls entre

adsorvato e adsorvente, enquanto a adsoro qumica acontece quando h

formao de ligaes entre o adsorvato e o adsorvente (SILVA, N. C., 2012).

3.4 Adsorvente

Na adsoro, a escolha do adsorvente um ponto essencial. Dentre os

diversos adsorventes existentes, o carvo ativado, Figura 3, um dos mais usados e

vem sendo empregado na remoo de compostos orgnicos em meios aquosos por

apresentar valores significativos de remoo dessas substncias.

Figura 3 Carvo Ativado

Fonte:http://www.chinayxsy.com/21/76.html


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Dentre as matrias primas para fabricao de carvo ativado so utilizados,

por exemplo: madeira, fibras de piaava, cascas de caf e endocarpo do coco

(MANGUEIRA, 2014).

Para produo de carvo ativado, existem duas etapas: a carbonizao

(pirlise) e a ativao.

A carbonizao envolve a elevao da temperatura em atmosfera inerte em

temperaturas acima de 350C para eliminao dos componentes mais volteis.

Aps a carbonizao, feita a ativao, com a finalidade de desobstruo

dos poros do carvo por ataque fsico (vapor de gua ou gs carbnico) ou qumico

(cido fosfrico, cloreto de zinco, hidrxido de metais alcalinos ou acido sulfrico)

nos materiais pirolisados seguindo de aquecimento acima de 350C (PRADO, 2010).

A caracterizao do carvo ativado realizada para determinar ascaractersticas como teor de cinzas, o pH no ponto de carga zero (pHPCZ), sua

porosidade e, principalmente, a rea superficial especfica usando a tcnica de BET,

pois as mesmas possuem uma influncia direta no desempenho do adsorvente

(CERQUEIRA, 2013).

No estudo da adsoro, duas determinaes so importantes: a isoterma de

adsoro e a cintica de adsoro.

As isotermas de adsoro so curvas que mostram as quantidades mximasde adsorvato adsorvidas em um adsorvente no equilbrio. A quantidade mxima de

adsorvato adsorvida chamada de capacidade de adsoro e relaciona a massa da

substncia adsorvida por massa do adsorvente. So representadas por diversos

modelos, sendo os mais usados os modelos de Langmuir (Equao 1) e Freundlich

(Equao 2), (SILVA, N. C., 2012).

(1)

(2)

Nas quais q e a capacidade de adsoro no equilbrio (mg/g), q0 a

capacidade de adsoro mxima de uma mono camada (mg/g), KL e KF as

constantes de Langmuir e Freundlich, respectivamente, nconstante que representa

a intensidade do processo de adsoro e CF a concentrao do adsorvato no

equilbrio (mg/L) .


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A cintica de adsoro relaciona a adsoro do adsorvente em funo do

tempo de adsoro Em geral, a cintica de adsoro pode ser representada por

diversos modelos, contudo os mais usados so os modelos de pseudo-primeira

ordem (Equao 3) e pseudo-segunda ordem (Equao 4), (SILVA, N. C., 2012).

(3)

(4)

Na qual qt a capacidade de adsoro em funo do tempo (mg/g), qe a

capacidade de adsoro no equilbrio (mg/g), k1 e k2 as constantes de primeira

ordem e segunda ordem respectivamente e to tempo de adsoro (min).

Para determinao dos dados dos modelos de equilbrio e cintico so

utilizadas, respectivamente as Equaes 5 e 6 para determinao da capacidade de

adsoro experimental.

(5)

(6)

Nas quais, q a capacidade de adsoro experimental no equilbrio (mg/g),qt

a capacidade de adsoro em funo do tempo (mg/g), V o volume da soluo

(L), C0 a concentrao inicial de amoxicilina, Ct a concentrao em funo do

tempo (mg/L), Cc a concentrao do carvo ativado (g/L), mc a massa de carvoativado (g) e CFa concentrao do adsorvato no equilbrio (mg/L).

Estas curvas so de grande importncia, pois contribui na avaliao da

eficincia de adsoro () (Equao 7) e de sua viabilidade de aplicao.

( ) (7)

Na qual, C0 a concentrao inicial (mg/L) e CF a concentrao de

equilbrio (mg/L).


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4 Materiais e Mtodos

O desenvolvimento deste trabalho foi realizado no Laboratrio de

Saneamento Ambiental do Centro de Tecnologia, e contou com o apoio do

Laboratrio de Sntese de Catalisadores LSCat/CTEC na realizao da

caracterizao dos carves ativados usados como adsorventes.

4.1 Adsorvente

Os carves ativados usados neste trabalho como adsorvente foram

produzidos e caracterizados pelo Grupo de Produo e Aplicao de Adsorventes. O

precursor usado em todas as amostras foi o endocarpo do coco. O processo de

produo usado foi a carbonizao em atmosfera inerte de N2seguida de ativao

fsica com CO2ou ativao qumica com cloreto de zinco (ZnCl2) ou cido fosfrico

(H3PO4). As amostras de carvo ativado foram selecionadas em uma peneira de 100

Mesh para serem usadas nos ensaios de adsoro e caracterizao. A

caracterizao foi realizada para determinar o pH do carvo atravs do mtodo

descrito por (MORENO-CASTILLA; LPEZ-RAMON; CARRASCO-MARN, 2000) e

a porosidade e rea superficial especfica usando a tcnica de BET como descritopor (JANKOWSKA; SWIATKOWSKI; CHOMA, 1991), (MARSH; RODRGUEZ-

REINOSO, 2006), (BANSAL; GOYAL, 2005) e (RADOVIC, 2008).

Foram utilizadas trs amostras de carvo ativado e a Tabela 1 apresenta um

resumo das condies de carbonizao e ativao usadas na produo destes

carves.

Tabela 1 Condies de preparao dos carves ativados.

Carvo Tcarbonizao(C) Tativao(C) Agente Ativante

CH-7 800 800 Dixido de Carbono (CO2)

SE-E 450 450 cido Fosfrico (H3PO4)

SE-6 600 600 Cloreto de Zinco (ZnCl2)


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4.2 Soluo do Antibitico

O efluente lquido tratado nos ensaios de adsoro, foi produzido no prprio

laboratrio, atravs da dissoluo do antibitico amoxicilina em gua na

concentrao de 50 mg/L. A determinao da concentrao da amoxicilina foi

realizada atravs de um medidor de TOC Shimadzu VCSN, que fornecia a

concentrao em termos de concentrao de CO2 que era convertida em

concentrao de amoxicilina atravs da Equao 8.

(8)

4.3 Ensaios de Adsoro

Os ensaios de adsoro foram realizados para a determinao das isotermas

de adsoro (ensaios de equilbrio) e cintica de adsoro da amoxicilina nas

amostras de carvo ativado utilizadas.

4.3.1 Ensaios de Equilbrio

Os ensaios de equilbrio, foram realizados colocando em contato em vrios

frascos um volume fixo de 100 mL de uma soluo de amoxicilina com

concentraes variando de 10 a 100 mg/L, com uma massa fixa de 0,05 g de carvo

ativado, conferindo a mistura uma concentrao de adsorvente de 0,5 g/L. Os

frascos foram colocados em agitao por um perodo de 24 horas.

Aps este perodo de agitao, amostras da soluo foram retiradas, filtradas

e usadas para determinar as concentraes de amoxicilina remanescente na

soluo, que a concentrao de adsorvato no equilbrio, CF. Todos os ensaios

foram realizados em duplicata.

Os dados obtidos nos ensaios de equilbrio com a Equao 7 foram utilizados

para a construo das isotermas de adsoro relacionando a capacidade de

adsoro com a concentrao de equilbrio. A partir desses resultados, foi realizada

uma avaliao dos modelos de isotermas de adsoro largamente utilizados na

literatura, como os modelos de Langmuir e Freundlich. As Equaes 1 e 2representam a capacidade de adsoro e os modelos de isotermas de Langmuir e


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Freundlich, respectivamente.

Os dados dos ensaios de equilbrio foram usados tambm para determinar a

eficincia de remoo da amoxicilina () usando a Equao 7.

4.3.2 Ensaios Cinticos

Os ensaios cinticos foram realizados em batelada em sistema de banho

finito. Em um reator, 1L da soluo de amoxicilina com concentrao de 50 mg/L foi

colocada em agitao e, em seguida acrescentada uma determinada quantidade de

carvo ativado por ensaio. Foram realizados quatro ensaios separados com duas

massas de carvo ativado de 0,5 g (SE-E e SE-6) e outras duas de 1,0 g (CH-7 e

SE-E).

A partir do incio do contato do carvo ativado com a soluo iniciou a

contagem do tempo do ensaio, e em tempos pr-definidos eram retiradas amostras

para determinar a concentrao da amoxicilina. As amostras retiradas eram filtradas

e em seguida sua concentrao era determinada.

Os valores das concentraes determinadas nos ensaios foram usados para

determinar a capacidade de adsoro dos carves em funo do tempo atravs da

Equao 6.

Os dados experimentais obtidos nos ensaios cinticos foram comparados

com modelos cinticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem

largamente utilizados para este fim na literatura (OZACAR; SENGIL, 2005; HO e

MCKAY, 1999a, 1999b; CHOY; MCKAY; PORTER, 1999). Os modelos de pseudo-

primeira e pseudo-segunda ordem so representados pelas Equaes 3 e 4, nesta

ordem.

Todos os ensaios cinticos tiveram testes em branco, ou seja, na ausncia do

adsorvente, com a finalidade de se verificar uma possvel reduo da concentrao

dos poluentes por mecanismos adversos que no adsoro.


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5 Resultados e Discusses

Os resultados obtidos neste trabalho esto apresentados em duas partes,

sendo a primeira parte relacionada caracterizao dos carves ativados e a

segunda parte relacionada ao uso destes carves como adsorvente para remoo

do frmaco amoxicilina presente em solues aquosas, atravs de tratamento

utilizando a adsoro em banho finito.

Os carves ativados usados nesse estudo e apresentados na Tabela 1, foram

produzidos pelo mtodo de ativao fsica (carvo CH-7) e ativao qumica

(Carves SE-E e SE-6). A Tabela 2 mostra os resultados de algumas caractersticas

desses carves bem como o rendimento de produo dos mesmos.

Tabela 2Caractersticas dos carves ativados usados.

CarvoABET(m2/g)

Microporosidade(%)

pHPCZRendimento

(%)Dimetro(mesh)

CH-7 644 97 10,0 23,2

100SE-E 1620 54 3,6 22,8

SE-6 1607 57 7,0 21,9

Os resultados apresentados na Tabela 2 indicam de uma forma geral que os

carves estudados apresentam caractersticas tpicas para este tipo de material

quando comparados com resultados encontrados na literatura.

As reas de BET podem ser consideradas de medianas a superiores, e a

diferena entre o carvo CH-7 e os carves SE-E e SE-6 esto relacionados

diretamente ao mtodo de ativao. Os carves ativados quimicamente (SE-E e SE-

6) em geral apresentam reas maiores, pois o agente ativante (ZnCl2e H3PO4) ataca

mais efetivamente os poros do carvo proporcionando assim um aumento da rede

de poros disponveis quando comparado com a ao do agente ativante do mtodode ativao fsica (CO2). Este comportamento leva ao aparecimento de uma rea

superficial especfica maior nos carves ativados quimicamente.

Os resultados obtidos para o pH indicam carves cido, neutro e bsico. Esta

variao no pH destes carves tambm est diretamente relacionada ao mtodo de

ativao, pois em alguma medida os agentes ativantes transferem para o carvo

ativado suas prprias caractersticas.

A caracterstica cida ou bsica da superfcie de um carvo ativado degrande importncia para sua aplicao como adsorvente. Esta caracterstica


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determina a capacidade que o carvo ativado tem de trocar ons durante o processo

de adsoro em fase lquida, uma vez que as espcies inicas tm na interao

eletrosttica o principal mecanismo de adsoro (CARROTT et al.,2011; DIAZ-

DIEZB et al., 2008). Assim, a interao entre o pH do carvo e o pH da soluo um

fator importante no processo de adsoro. Entretanto, neste estudo este parmetro

no foi avaliado, e foi usado apenas um pH da soluo de amoxicilina que foi o pH

original da soluo com concentrao de 50mg/L, que teve valor em torno de 6,8.

Aps a caracterizao dos carves, foram realizados os ensaios de adsoro.

Inicialmente foram realizados ensaios cinticos com os carves CH-7 e SE-E. Os

resultados destes ensaios esto apresentados nas Tabelas 3 e 4 e na Figura 4.

Observa-se nesta figura que a cintica de adsoro muito rpida, tendo o

sistema alcanado a saturao em torno de 40min. A Figura 4 mostra, tambm queo carvo SE-E tem um desempenho muito superior ao carvo CH-7, apresentando

uma capacidade de adsoro mxima em torno de 40mg/g, enquanto que a

capacidade mxima de adsoro do carvo CH-7 para as mesmas condies foi de

aproximadamente 5,0 mg/g.

Figura 4 Cinticas de adsoro da amoxicilina nos carves CH-7 e SE-E com C0=50mg/L eT=25C.

0 100 200 300 400 500

0

10

20

30

40

50

CC=1,0g/L

Carvo CH-7

Carvo SE-Eqt

(mg/g)

Tempo (min)

A diferena de desempenho dos dois carves pode ter relao com a grande

diferena das reas superficiais dos carves, uma vez que a disponibilidade de rea

para adsoro do carvo SE-E 2,5 vezes maior que a rea do carvo CH-7. Esses

resultados levaram a substituio do carvo CH-7 pelo carvo SE-6, que apresentarea superficial semelhante ao carvo SE-E.


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Tabela 3 Dados da cintica de adsoro da amoxicilina em carvo ativado CH-7, temperaturade 25C, concentrao inicial de amoxicilina de 50mg/L e concentrao de carvo ativado de1g/L.

Tempo (min) TOC (mg/L) CAmox(mg/L) qt(mg/g)0 25,69 48,89 0,00

15 24,03 45,73 3,1625 23,44 44,61 4,2845 23,73 45,16 3,7360 23,62 44,95 3,94150 23,37 44,47 4,41180 22,88 43,54 5,35300 23,99 45,65 3,24420 22,91 13,60 5,29480 23,89 45,46 3,43

Tabela 4 Dados da cintica de adsoro da amoxicilina em carvo ativado SE-E, temperaturade 25C, concentrao inicial de amoxicilina de 50mg/L e concentrao de carvo ativado de1,0g/L.

Tempo (min) TOC (mg/L) CAmox(mg/L) qt(mg/g)0 26,70 50,81 0,002 9,66 18,39 32,395 6,83 13,00 37,778 5,52 10,50 40,2610 6,13 11,67 39,1015 5,37 10,22 40,5522 5,81 11,05 39,7225 4,41 8,39 42,3730 4,20 7,99 42,7845 4,39 8,35 42,4160 4,64 8,83 41,9390 4,53 8,62 42,15120 3,70 7,04 43,73150 3,14 5,97 44,79180 3,58 6,80 43,96240 3,30 6,27 44,49

300 3,61 6,87 43,90360 2,91 5,55 45,22

A Figura 5 mostra as cinticas de adsoro dos carves SE-E e SE-6,

baseado nos valores das Tabelas 5 e 6. Observa-se nesta figura que o

comportamento para os dois carves semelhante, uma cintica rpida, com

saturao em torno de 50min e uma capacidade de adsoro na saturao em torno

de 60 mg/g. Esse resultado um indicativo de que para as condies usadas nos

ensaios a rea superficial especfica parece ser o parmetro que mais interfere

neste resultado, uma vez que os carves SE-E e SE-6 apresentam pHs diferentes e


21/32

20

reas com valores muito prximos. Assim, a diferena do pH entre os carves

parece no ter interferido na capacidade de adsoro dos carves.

Figura 5

Cinticas de adsoro da amoxicilina nos carves SE-E e SE-6 com C0=50mg/L eT=25C.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Cc=0,5g/L

Carvo SE-E

Carvo SE-6

qt

(mg/g)

Tempo (min)

Tabela 5 Dados da cintica de adsoro da amoxicilina em carvo ativado SE-E, temperaturade 25C, concentrao inicial de amoxicilina de 50mg/L e concentrao de carvo ativado de0,5g/L.

Tempo (min) TOC (mg/L) CAmox(mg/L) qt(mg/g)0 23,59 44,89 0,002 11,25 21,41 46,965 9,64 18,34 53,108 9,20 17,51 54,7710 7,23 13,75 62,2715 8,74 16,62 56,5320 8,01 15,24 59,3025 9,51 18,09 53,6030 9,01 17,14 55,50

40 9,30 17,69 54,4050 6,62 12,60 64,5960 7,93 15,10 59,5975 8,56 16,28 57,2290 5,51 10,49 68,80120 8,00 15,22 59,34150 7,58 14,43 60,92180 7,36 14,01 61,77215 7,13 13,56 62,66240 7,37 14,03 61,73

270 7,14 13,59 62,60300 6,83 12,99 63,79360 6,70 12,76 64,27


22/32

21

Tabela 6 Dados da cintica de adsoro da amoxicilina em carvo ativado SE-6, temperaturade 25C, concentrao inicial de amoxicilina de 50mg/L e concentrao de carvo ativado de0,5 g/L.

Tempo (min) TOC (mg/L) CAmox(mg/L) qt(mg/g)0 30,89 58,78 0,00

2 15,67 29,82 57,935 14,42 27,44 62,688 14,33 27,27 63,0310 14,02 26,68 64,2115 13,94 26,53 64,5120 13,30 25,31 66,9525 13,36 25,42 66,7230 13,37 25,44 66,6840 13,32 25,35 66,8750 14,05 26,74 64,09

60 13,57 25,82 65,92120 14,28 27,17 63,22210 13,58 25,84 65,88240 13,78 26,22 65,12300 13,76 26,18 65,20360 13,38 25,46 66,64

Figura 6 Cinticas de adsoro da amoxicilina no carvo SE-E com C0=50mg/L e T=25C.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Carvo Ativado SE-E

Cc= 0,5g/L

Cc= 1,0g/L

qt

(mg/g)

Tempo (min)

A Figura 6 apresenta as cinticas de adsoro da amoxicilina no carvo SE-E

para duas concentraes de carvo, com base nos valores das Tabelas 4 e 5.

Observa-se nesta figura que o uso de uma concentrao de carvo de 0,5 g/L

apresentou um resultado em termos de capacidade de adsoro superior aos

ensaios com concentrao de carvo de 1,0 g/L. Este resultado indica que

possvel atravs de testes cinticos identificar a massa mais adequada de

adsorvente para a adsoro de uma determinada substncia, sem que

necessariamente o uso de uma maior concentrao de carvo leve a resultados de


23/32

22

maior desempenho.

O conhecimento da cintica de adsoro possibilita avaliar o desempenho do

processo quanto a capacidade de adsoro e tempo de adsoro. Neste sentido, o

uso de um modelo que represente a cintica de grande valia para o estudo da

adsoro.

A cintica de adsoro em banho finito em geral pode ser representada por

dois modelos clssicos, os modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda

ordem.

A Figura 7 e Tabela 7 apresentam os dados experimentais cinticos bem

como as curvas de ajuste dos dois modelos e os parmetros de ajuste dos modelos.

Figura 7 Cintica de adsoro da amoxicilina no carvo SE-E e SE-6: C0=50mg/L, Cc=0,5g/L eT=25C.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Carvo SE-EDdos Experimentais

Pseudo-Primeira Ordem

Pseudo-Segunda Ordem

qt

(mg/g)

Tempo (min)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Carvo SE-6

Dados Experimentais

Pseudo-Primeira Ordem

Pseudo-Segunda Ordem

qt

(mg/g)

Tempo (min)


24/32

23

Tabela 7 Parmetros de ajuste dos modelos cinticos aplicados aos ensaios de adsoro

com carvo SE-E e SE-6: C0=50mg/L, Cc=0,5g/L e T=25C.

Carvo SE-E

Modelo Pseudo-Primeira Ordem Modelo Pseudo-Segunda Ordem

Valor Erro Padro R

2

Ajustado Valor Erro Padro R

2

Ajustado

qe 60,021 0,9160,9114

qe 61,387 0,9150,9338

K1 0,697 0,133 K2 0,023 0,006

Carvo SE-6

Modelo Pseudo-Primeira Ordem Modelo Pseudo-Segunda Ordem

Valor Erro Padro R Ajustado Valor Erro Padro R Ajustado

qe 65,216 0,3660,9921

qe 65,979 0,3540,9945

K1 1,080 0,097 K2 0,056 0,010

Observa-se na Figura 7 que para os dois carves utilizados ambos os

modelos apresentaram um ajuste superior, indicando que qualquer um deles pode

representar de forma satisfatria os dados obtidos da adsoro da amoxicilina nos

carves SE-E e SE-6.

Notou-se que os modelos cinticos tiveram melhores ajustes nos dados

experimentais de SE-6, o que contribui para um indicativo da melhor previso da

capacidade de adsoro em um determinado tempo. Entretanto os modeloscinticos dos dois carves apresentaram uma alta representao do tempo mximo

de adsoro.

O ajuste encontrado para os modelos proporcionaram um coeficiente de

ajuste R2 acima de 0,90, indicando que o modelo explica bem a tendncia dos

valores dos dados experimentais. Os parmetros apresentados na Tabela 7

mostram ainda que o modelo de pseudo-segunda ordem tem um ajuste superior ao

modelo de pseudo-primeira ordem.O modelo de pseudo-segunda ordem, em geral, indica que o fenmeno de

adsoro est preferencialmente relacionado a uma adsoro qumica

(quimissoo), ou seja, uma interao qumica entre o adsorvato e o adsorvente.

Contudo para a confirmao deste comportamento, anlises especficas da

composio da superfcie dos carves ativados precisam ser realizadas, o que no

foi feito neste estudo.

Outro parmetro do modelo que refora a qualidade do ajuste o valor de qe,

que indica a capacidade de adsoro no equilbrio. O valor experimental foi em torno

de 60mg/g e 65mg/g para os carves SE-E e SE-6 respectivamente. Estes valores


25/32

24

so prximos dos valores encontrados nos modelos e apresentados na Tabela 7.

O conhecimento dos dados de equilbrio tambm um ponto importante para

o entendimento do processo de adsoro. A determinao das curvas de equilbrio,

chamadas de isotermas de adsoro, de fundamental importncia para a

determinao da capacidade de adsoro de um determinado adsorvente.

A Figura 8 mostra os resultados das isotermas de adsoro da amoxicilina

nos carves SE-E e SE-6.

Figura 8 Comparao das isotermas experimentais.

0 5 10 15 20 25 30 35

0

20

40

60

80

100

120

140

Isoterma Experimental SE-6

Isoterma Experimental SE-E

q(mg/g)

Cf(mg/L) Os resultados indicam que a isoterma do tipo favorvel, que se caracteriza

pelo aumento da capacidade de adsoro q com o aumento da concentrao de

equilbrio Cf. Este comportamento bem tpico para a adsoro de substncias

orgnicas, como a amoxicilina, em carves ativados de origem vegetal. Estes

resultados em geral so usados como referncia no projeto de sistemas de

adsoro.

As isotermas de adsoro experimentais podem ser ajustadas atravs dediversos modelos encontrados na literatura. Contudo os modelos mais usados so

os propostos por Langmuir e Freundlich, que representem bem as isotermas

favorveis.

A Figura 9 e Tabela 8 mostram os resultados dos ajustes dos dados

experimentais com os modelos de Langmuir e Freunddlich, usando as Equaes 1 e

2. Observa-se nesta figura que os dois modelos apresentam um ajuste satisfatrio

para os dados experimentais, entretanto foi notado que para cada carvo h ummodelo que melhor se ajusta aos dados experimentais, o que mostra a importncia


26/32

25

da escolha do melhor modelo para uma possvel previso dos valores da

capacidade mxima de adsoro no equilbrio para uma concentrao de

amoxicilina no equilbrio.

Figura 9 Isotermas de adsoro de amoxicilina nos carves SE-E e SE-6.

0 5 10 15 20 25 30 35

0

20

40

60

80

100

120

140

Carvo SE-EDados Experimentais

Modelo de Langmuir

Modelo de Freundlich

q(mg/g)

Cf(mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35

0

20

40

60

80

100

120

140

Carvo SE_6

Dados Experimentais

Modelo de Langmuir

Modelo de Freundlich

q(mg/g)

Cf(mg/L)

Tabela 8 Parmetros de ajustes dos modelos de Langmuir e Freundlich das isotermas deadsoro de amoxicilina nos carves SE-E e SE-6.

SE-ELangmuir Freundlich

q0 160,3110,67 KF 17,512,55KL 0,080,01 n 1,750,16R 0,9874 R 0,9650

SE-6Langmuir Freundlich

q0 140,32 11,29 K

F 27,872,60

KL 0,136 0,034 n 2,350,17R2 0,9586 R2 0,9831


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26

Os dados das isotermas SE-E e SE-6 apresentados nas Tabelas 9 e 10 e

Figura 10 fornecem valores de eficinciaacima de 67%, entretanto foi percebido que

em algumas concentraes de amoxicilina de menor valor apresentou um maior

rendimento na remoo da mesma, o que pode indicar uma forte influncia na

otimizao do processo.

Figura 10 - Eficincia de remoo da amoxicilina nos carves SE-E e SE-6 com concentraode carvo de 0,50g/L.

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

Eficincia(%)

C0(mg/L)

Carvo SE-E

Carvo SE-6

Tabela 9Dados da isoterma de adsoro de amoxicilina no carvo SE-E.

C0(mg/L) CF(mg/L) Mcarvo(g) q (mg/g) (%)

9,24 2,03 0,0502 14,36 78,021,83 0,0504 14,69 80,16

26,584,55 0,0505 43,64 82,894,43 0,0507 43,70 83,34

44,309,16 0,0505 69,58 79,328,60 0,0520 68,66 80,59

60,4416,26 0,0510 86,63 73,1015,90 0,0521 85,49 73,69

78,8223,58 0,0514 107,48 70,0925,78 0,0506 104,81 67,29

Tabela 10 Dados da isoterma de adsoro de amoxicilina no carvo SE-6.

C0(mg/L) CF(mg/L) Mcarvo(g) q (mg/g) (%)12,02 1,05 0,0502 21,85 91,23

31,403,99 0,0505 54,27 87,283,49 0,0507 55,05 88,90

51,2111,87 0,0505 77,90 76,8212,70 0,0520 74,05 75,20

71,87

19,64 0,0510 102,42 72,68

19,66 0,0521 100,22 72,65

91,0630,73 0,0514 117,36 66,2529,67 0,0506 121,32 67,42


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27

A apresentao e discusso dos resultados mostram, que de uma forma

geral, os carves ativados usados tm potencialidade para serem usados como

adsorventes no tratamento de solues aquosas contaminadas com amoxicilina,

com desempenho considerado satisfatrio quando comparados com estudos

similares encontrados na literatura. Vale destacar ainda, que neste estudo no foram

abordados alguns pontos que podem ser relevantes para a avaliao do

desempenho dos carves produzidos. Neste sentido recomendvel a ampliao

deste estudo com nfase nas caractersticas qumica dos carves e novos testes de

adsoro.


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28

6 Concluso

A partir dos resultados obtidos e da discusso apresentada, pode-se concluir

que os objetivos propostos neste estudo foram satisfatoriamente alcanados, pois os

mtodos e avaliaes utilizadas permitiram a obteno de dados referentes a

caracterizao dos carves ativados bem como seus desempenhos como

adsorventes no tratamento da gua contaminada com amoxicilina.

Assim, as concluses especficas para os pontos estudados so:

a) Os carves ativados usados apresentaram um rendimento em massa em tono

de 21% e pH variando entre 3,0 e 10,0;

b) Os carves ativados quimicamente (SE-E e SE-6) apresentaram uma maior

rea superficial especfica em torno de 1600 m2g-1, enquanto que o carvo

ativado fisicamente (CH-7) apresentou uma rea superficial especfica de 640

m2g-1;

c) O carvo CH-7 apresentou um rendimento baixo na remoo da amoxicilina

em comparao aos carves SE-E e SE-6;

d) A eficincia global de remoo da amoxicilina ficou entre 65% e 90% para os

carves SE-E e SE-6;

e) Os dados obtidos para as cinticas de adsoro apresentaram ajuste aos

modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem, com

coeficientes de correlao ajustado (R2) acima de 0,90;

f) Os dados obtidos para as isotermas de adsoro apresentaram ajuste aos

modelos de Langmuir e Freundlich, com coeficientes de correlao ajustado

(R2) acima de 0,95;

g) Os carves ativados testados apresentam potencialidade para serem usados

como adsorventes no tratamento de gua contaminada com amoxicilina,

contribuindo assim com a proteo do meio ambiente.

Foi notvel que o tipo de ativao, a concentrao do carvo ativado e a

concentrao de amoxicilina apresentaram uma forte influncia como variveis de

processo e que tanto os modelos de isotermas de Langmuir e Freudlich quanto os

modelos cinticos de pseudo-primeira ordem e de psedo-segunda ordemapresentaram alta representao dos dados obtidos sendo essenciais na


30/32

29

determinao da eficincia e do tempo de processo. Portanto, a adsoro em carvo

ativado mostrou ser uma alternativa promissora para remoo de amoxicilina de

meios aquosos e na diminuio da poluio no meio ambiente.


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7 Referncias Bibliogrficas

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