Avaliação do uso de carvão ativado preparado a partir de resíduos agroindustriais na adsorção de ácidos naftênicos

Abstract

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.