Author(s): Camarinha, Elisabeth Domingues
Date: 2008
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/3057
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia química; Tratamento da água; Cádmio; Titanossilicatos microporosos; Permuta iónica
O cádmio é um dos metais vestigiais mais tóxicos presentes no ambiente, mesmo a baixas concentrações, pelo que a sua eliminação de soluções é uma necessidade premente. Os titanosilicatos microporosos têm sido recentemente reconhecidos pelas suas interessantes propriedades de adsorção e capacidade de permuta iónica, e por potenciarem uma activação catalítica relativamente fácil. O objectivo deste trabalho consistiu em avaliar a possibilidade de utilizar o titanosilicato ETS-10 na remoção de Cd2+ de soluções aquosas, analisando o seu potencial como agente de descontaminação de águas. A fim de se estudar o equilíbrio e a cinética deste processo, foram realizadas experiências em descontínuo e em vaso agitado, onde se colocou um volume fixo de solução de Cd2+ em contacto com massas bem conhecidas de ETS-10. A evolução da concentração de Cd2+ com o tempo foi registada medindo-se a concentração da solução por Espectrometria de Massa com Plasma Acoplado Indutivamente. O pH é uma variável importante no processo de permuta iónica, tendo sido estudado com algum detalhe neste trabalho. Os resultados obtidos evidenciaram as tendências comummente encontradas na literatura e revelaram que a remoção de Cd2+ é mais eficaz para valores de pH à volta de 6. No que diz respeito ao equilíbrio, a isotérmica de Langmuir- Freundlich representou bem os resultados na gama de concentrações estudada. A quantidade de Cd2+ sorvida no ETS-10 é significativamente superior a outros valores publicados na literatura para diferentes materiais e/ou valores de pH nas mesmas temperaturas. Um modelo matemático baseado nas equações de Nernst-Planck foi desenvolvido para descrever o processo da permuta iónica. O modelo combina resistências internas e externas à transferência de massa e os parâmetros a optimizar são o coeficiente de transferência de massa por convecção no filme e os coeficientes de autodifusão dos contra iões Cd2+ e Na+. Atendendo ao número de curvas experimentais e à diversidade das condições iniciais envolvidas, o desvio médio absoluto fornecido pelo modelo pode considerar-se bom (AAD=11,95%). Os resultados obtidos com os modelo de pseudo 1ª ordem e pseudo 2ª ordem vulgarmente adoptados em estudos semelhantes foram claramente inferiores (AAD=61,25% e 21,86%, respectivamente), muito embora o elevado número de parâmetros ajustados aos dados experimentais (oito). ABSTRACT: Cadmium is one of the most toxic non-essential heavy metals present in the environment, even at low concentrations. Therefore, removal of trace levels of cadmium is required. The microporous titanosilicates have been recently recognized by their interesting adsorption properties and ion exchange capability, as well as relatively easy catalytic activation. The aim of this work is to evaluate the ability of titanosilicate ETS-10 to uptake Cd2+ from aqueous solutions, assessing their potential as decontaminating agents for waters, and model the ion exchange process. In order to study the equilibrium and the kinetics of this unit operation, batch stirred tank experiments have been carried out by contacting a fixed volume of solution with known masses of ETS-10. The evolution of the cadmium concentration with time has been obtained by measuring solution concentration by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. pH is an important variable in on-exchange processes, hence it has been studied here in detail. Results shown expected trends and reveal that Cd2+ uptake is more effective for pH values around 6. With respect to equilibrium, Langmuir-Freundlich isotherm provides good representation in the range of experimental conditions studied. The solid loadings measured in this essay surmount significantly the values found in literature for different ion exchangers and/or pH values in the same range of temperatures. A mathematical model based on the Nernst-Planck approach was developed to describe the ion exchange process. The model combines internal and external diffusion resistances to mass transport, and the parameters involved are the convective mass transfer coefficient and the self-diffusivities of the counter ions Cd2+ and Na+. Attending to the number of experimental curves and to the diverse experimental conditions, the deviation found may be considered good (AAD=11,95%). The results obtained using the commonly adopted pseudo firstorder and pseudo second-order models are clearly worse (AAD=61,25% and 21,86%, respectively), although the large number of fitted parameters (eight).
