Propriedades de carvões activados produzidos a partir de diferentes materiais precursores

Abstract

A crescente utilização de carvões activados nas mais diversificadas indústrias tem potenciado a procura de novas matérias-primas para a sua produção. Entre essas matérias encontram-se as lamas biológicas provenientes de estações de tratamento de águas residuais de indústria do papel. Todavia, são pouco conhecidas as características dos carvões com essa proveniência, pelo qual se procurou, com o presente estudo, dar um contributo para o seu desenvolvimento. Assim, e numa perspectiva comparada, a partir de diferentes matérias de origem, nomeadamente as referidas lamas mas também de carvão vegetal, prepararam-se várias amostras de carvão activado, usando diferentes variáveis durante o processo. As variáveis em estudo foram a granulometria do material de origem (1,0-4,0mm), o tempo de activação, (0,25h, 1h, 2h, 4h), a temperatura de activação (700ºC, 750ºC 850ºC 900ºC e 950ºC) e o agente de activação (H2O e CO2). Tendo em vista a caracterização dos carvões, foram analisadas a composição elementar e a composição das cinzas em várias fases do processo de preparação dos carvões, a área BET, a capacidade adsortiva dos carvões em relação ao n-hexano (modelos de isotérmicas de Langmuir e Freundlinch) e ainda a cinética de adsorção dos vários carvões em relação ao n-hexano. O estudo comparativo das propriedades dos carvões activados preparados permitiu concluir que a preparação de carvão activado produzido a partir de lamas biológicas provenientes de estações de tratamento de águas residuais é uma alternativa viável em aplicações menos exigentes, o melhor agente de activação é o vapor de água para a quase totalidade dos casos, tempos de activação de 4 horas e temperaturas mais elevadas possibilitam a preparação de carvões activados de maior capacidade adsortiva. O equipamento desenvolvido para a análise da capacidade adsortiva de n-hexano mostrou resultados coerentes com as análises de área BET. A utilização do n-hexano como adsorvato permitiu concluir que o modelo de isotérmica de Freundlich era adequado para representar o equilíbrio gás-sólido e que o modelo cinético de primeira ordem era apropriado para representar a velocidade de adsorção dos vários carvões activados

ABSTRACT: The increasing use of activated carbons, in many kinds of industries, has intensified the demand for new raw materials. Among these are the biological sludges from wastewater treatment of paper industry. This study aims to better the knowledge of the characteristics of activated carbons produced from such raw materials. Several samples of activated carbon were prepared, from different raw materials, namely biological sewage sludge from two different wastewater industrial plants, using different variables during the trial. On the comparative analysis, additional samples were prepared for a vegetable charcoal and a commercial activated carbon. The variables in study were: particle diameter; (1,0 – 4,0 mm) activation time, (0,25, 1h, 2, 4h), activation temperature, (700ºC, 750ºC, 850ºC, 900ºC e 950ºC), and the activation agent (H2O and CO2). In order to characterize the activation carbon samples, the elementary composition and the composition of the ash in several phases of the preparation process, the BET area and the adsorptive capacity for n-hexane were analyzed. The adaptability of Langmuir and Freundlich isotherms models and a first order model for the adsorption were performed. The comparative study of the prepared activated carbons characteristics led to conclude that the production of activated carbon from sewage sludge is a viable alternative in less demanding applications. In the majority of the cases the best activation agent was the steam; 4 hours time activation and more elevated temperatures are the best options to make better quality activated carbon. The equipment developed to analyse the adsorptive capacity of nhexane showed coherent results with the BET area analysis. The model of Freundlich isotherm showed to be adequate. Good correlation coefficients were obtained, for the first order kinetic model.