Estudo do recobrimento de partículas de vidro com quitosana em leito fluidizado e sua aplicação na adsorção de corante sintético

Abstract

As indústrias têxteis são caracterizadas pelo alto consumo de água em suas etapas de processamento, e também pela elevada geração de efluentes líquidos contendo corantes, acarretando grandes transtornos ao meio ambiente. O biopolímero quitosana, por sua vez, apresenta alta capacidade de adsorção, podendo ser imobilizado em matrizes sólidas e aplicado à remoção de corantes em leito fixo. O recobrimento de partículas com uma suspensão à base de quitosana em leito fluidizado se torna interessante, visto que esse proporciona altas transferências de calor e massa, garantindo qualidade e eficiência no processo de recobrimento. Neste cenário, o objetivo deste trabalho foi o estudar o recobrimento de esferas de vidro com quitosana em leito fluidizado, e sua posterior aplicação na adsorção em leito fixo do corante reativo preto 5 em solução aquosa. Os ensaios de recobrimento foram realizados com esferas de vidro de diâmetro médio de 1 mm. No estudo da eficiência do processo avaliaram-se os efeitos da temperatura do ar de entrada e a formulação da suspensão de recobrimento. Inicialmente, os parâmetros envolvidos no processo de recobrimento no leito fluidizado, como a vazão de suspensão, velocidade relativa e temperatura do ar de entrada, foram determinados em ensaios prévios, a fim de detectar a melhor condição de operação do equipamento. As esferas revestidas foram aplicadas em ensaios de adsorção dinâmicos. Foram analisados os efeitos do pH, e o comportamento cinético da adsorção pela construção de curvas de ruptura e ajuste de modelos dinâmicos. Os resultados mostraram que os maiores percentuais de recobrimento foram obtidos para a temperatura de 80ºC e suspensão composta apenas por quitosana. Determinou-se a faixa ótima de operação em uma vazão de solução de 6 mL min-1, velocidade relativa do ar de 1,6 e temperatura de ar de fluidização de 80ºC, para um tempo de processo de 25 min, pressão de atomização de 0,1 MPa e carga de partículas de 1,3 kg. Nestas condições o percentual de recobrimento foi de 94,3%. A coluna de adsorção apresentou o melhor desempenho para as esferas revestidas pela suspensão composta apenas por quitosana na temperatura de 80ºC e solução de corante em pH 3, a qual obteve-se tempo de ruptura de 12,9 h, máxima capacidade de adsorção de 631,4 mg g-1 e ZTM de 4,1 cm. Os modelos BDST (bed-depth-service-time), Thomas e Yoon-Nelson foram adequados para representar os dados experimentais. Diante disso, o recobrimento de esferas de vidro com quitosana em leito fluidizado para aplicação como adsorvente de corante em leito fixo mostrou-se promissor no processo de purificação de soluções aquosas contendo corante.

The textile industries are characterized by the high consumption of water in their processing stages, and also by the increase in the generation of liquid effluents containing dyes, causing damages to the environment. The chitosan biopolymer, on the other hand, presents high adsorption capacity, being able to be immobilized in solid matrices and applied to dye removal in fixed bed. The particles coating with a chitosan based solutions in a fluidized bed becomes interesting, as it provides high rates of heat and mass transfer, guaranteeing quality and efficiency in the coating process. In this scenario, this work aimed to study the coating of glass spheres with chitosan in fluidized bed and its application as reactive black 5 dye adsorbent in a fixed bed columm. The coating experiments were performed with glass spheres with a mean diameter of 1 mm. In the efficiency evaluation of the process, the effects of the inlet air temperature and the formulation of the coating suspension were observed. The parameters involved in the coating process in fluidized bed, such as the solution flow rate, relative velocity and inlet air temperature, were determined in preliminary tests in order to detect the best operating conditions of the equipment. The immobilized chitosan on glass beads was employed for dyes adsorption in continuous modes. Breakthrough curves were constructed for different pH values and dynamic models were fitted with the experimental data. The results revealed that the temperature of 80ºC and suspension composed only by chitosan provided best results. It was determined the optimum range of operation with flow rate of coating solution 6 mL min-1, relative air velocity of 1.6 and fluidization air temperature of 80°C, for a process time of 25 min, atomization pressure of 0.1 MPa and particles charge of 1.3 kg. In these conditions, 94.3% of chitosan immobilization was attained. The adsorption column presented the optimal operating conditions for the fixed bed column adsorption were for the beads coated by the suspension composed only by chitosan at the temperature of 80ºC and dye solution at pH 3, which obtained breakthrough time of 12.9 h, maximum adsorption capacity of 631.4 mg g-1 and the ZTM was 4.1 cm. Bed-depth-service-time, Thomas and Yoon-Nelson models were suitable to represent the adsorption dynamic behavior. Thus, the coating of glass beads with chitosan in fluidized bed for application as a fixed bed dye adsorbant has shown promise in the purification process of aqueous solution containing dye.