Modelagem e estimação de parâmetros de isotermas de adsorção com carvão ativado e pural SB em solução com múltiplos solutos

• Main Author: Kunzler, Diego Del Fabro
• Publication Date: 2024
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Download full: http://hdl.handle.net/10183/293455
• topic: Isotermas de adsorção; Estimação de parâmetros; Processos químicos : Modelagem; Multicomponent adsorption; Adsorption equilibrium; Parameter estimation

A adsorção é um processo amplamente utilizado em vários setores industriais, como no tratamento de efluentes, purificação de substâncias e catálise heterogênea. Na maioria dos casos, efluentes industriais são misturas complexas oriundas dos diversos setores da indústria geradora. Apesar disso, a maioria dos artigos científicos relacionados apenas tratam do caso com uma única substância. Além disso, dificilmente foi-se encontrado aplicado métodos não-lineares para a modelagem das isotermas de adsorção. Estes geralmente resultam em estimativas de melhor qualidade, comparados a métodos lineares. O uso de réplicas raramente foi mencionado nos artigos de estudos de adsorção pesquisados. Isto, consequentemente, diminui a confiabilidade relativa dos resultados obtidos. Com base nisso, esta dissertação tem como objetivo principal a estimação de parâmetros de modelos de adsorção monocomponente e multicomponente, de forma a determinar se um ou mais modelos se ajustam com qualidade razoável aos dados experimentais. Para este propósito, foi realizada a regressão não-linear da concentração de equilíbrio (Ce) como variável dependente e concentração inicial (C0) e razão volume sobre massa (V/M) como independentes. Uma metodologia com rigor estatístico foi utilizada, que fez uso de quintuplicatas das condições experimentais e um algoritmo híbrido de otimização baseado em PSO seguido por Gauss-Newton. A função objetivo foi a de mínimos quadrados ponderados. O teste de qualidade do ajuste foi baseado na distribuição X2. Os adsorventes escolhidos foram carvão ativado mesh 100-200 e boemita mesh >200. Os adsorbatos foram a Tartrazina, Amaranto, Sellaset Red H e Azul Escuro 2S. As isotermas monocomponente avaliadas foram as de Langmuir, Freundlich, Sips, Toth, Redlich-Peterson, Jovanovich, Temkin e BET. Por sua vez, as isotermas multicomponentes foram as de Langmuir estendido, Langmuir estendido com fator de interação, Langmuir-Freundlich estendido, Redlich-Peterson Estendido e Langmuir semi-competitivo. Também foi realizada a caracterização do Pural SB através dos testes de área superficial BET, TGA-DSC e DRX. Os resultados mostraram que Pural SB é boemita, com estrutura nanocristalina mesoporosa e área superficial de 201,5 m2/g. As isotermas de Freundlich, Sips, Toth e Redlich-Peterson foram adequadas para adsorção de Tartrazina em carvão ativado. Para amaranto, foram as de Sips, Toth, Redlich-Peterson e Temkin. Para Azul Escuro 2S em boemita, foram as de Freundlich, Sips e BET. Para as restantes, nenhuma foi adequada. Isto poe em dúvida se o critério usado é o certo para adsorção multicomponente. Outras possibilidades levantadas foram falha da rotina computacional de estimação, erros instrumentais, erros sistemáticos e viés entre diferentes réplicas ou adsorbatos. Foi demonstrada a importância de se ter uma base estatística rigorosa para a estimação de parâmetros de isotermas de adsorção multicomponente, visto que, mesmo com o uso de quintuplicatas, estimação não-linear e metodologia de alta sofisticação para a estimação de parâmetros, teve-se empecilhos nos cálculos de alguns modelos.