Autor(es):
Barreira, Lidiana Domingues 
Data: 2008
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/3052
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia química; Titanossilicatos microporosos; Actividade catalítica; Permuta iónica; Tratamento da água
Descrição
Os titanossilicatos microporosos têm sido reconhecidos recentemente pelas
suas propriedades interessantes de adsorção e capacidade de permuta iónica,
assim como a activação catalítica relativamente fácil. O objectivo deste
trabalho é avaliar a capacidade do titanossilicato microporoso ETS-4 na
remoção do ião Cd2+ de soluções aquosas, avaliando o seu potencial como
agente descontaminante para águas e modelar o processo de permuta iónica.
Para estudar o equilíbrio e a cinética do processo realizaram-se experiências
em descontínuo em vaso agitado, contactando-se um volume de solução
aquosa de Cd2+ com massas bem conhecidas de ETS-4. A evolução da
concentração do cádmio com o tempo foi medida por espectrometria de massa
com plasma acoplado indutivamente. O pH é uma variável fundamental em
processos de permuta iónica e, neste trabalho, o seu efeito foi também
estudado.
Os resultados mostraram tendências previstas e revelaram que a remoção de
Cd2+ é claramente mais eficaz para valores de pH à volta de 6.00-6.50. O
ETS-4 exibe uma elevada capacidade de permuta iónica. Verificou-se que 12
horas são suficientes para remover 99.6% do catião de uma solução com
concentração inicial de 3 3 0.82 10 kgm− −
× , quando se utiliza 50.3 10 kg −6
× de
ETS-4 a pH = 6.00 − 6.50 .
No que respeita ao equilíbrio, a isotérmica de Langmuir-Freundlich fornece
uma boa representação no intervalo de concentrações estudado. A
capacidade de permuta iónica deste material supera significativamente os
valores encontrados na literatura para outros materiais microporosos à mesma
temperatura.
O modelo baseado nas equações de Nernst-Planck e os modelos de pseudo
1ª ordem de Lagergren e pseudo 2ª ordem foram adoptados para traduzir os
resultados experimentais. O primeiro modelo combina resistências de difusão
interna e externa, sendo as autodifusividades dos contra-iões Cd2+ e Na+ os
únicos parâmetros envolvidos. As equações diferenciais ordinárias resultantes
foram resolvidas numericamente usando o método das linhas e integradas por
diferenças finitas. O modelo de Nernst-Planck foi o que forneceu os melhores
resultados, originando um desvio absoluto médio de 17.22%.
ABSTRACT: Crystalline 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 microporous titanosilicate ETS-4 to uptake the Cd2+ ion 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 the process, batch stirred tank experiments have been carried out
by contacting a fixed volume of solution with known masses of ETS-4.The
evolution of the cadmium concentration with time has been monitored by
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. pH is an important variable in
ion-exchange processes, hence its effect has been also studied.
Results have shown expected trends, and revealed that Cd2+ uptake is clearly
more effective at pH values around 6.00-6.50. ETS-4 exhibits a large ion
exchange capacity, and 12 hours are sufficient to remove 99.6% of Cd2+ from a
solution with initial concentration 3 3 0.82 10 kgm− −
× when 50.3 10 kg −6
× of
ETS-4 is used, pH = 6.00 − 6.50 .
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 other values found in
the literature for different ion exchangers in the same range of temperatures.
The Nernst-Planck, the pseudo first-order Lagergren and pseudo second-order
kinetic models have been adopted for comparison. The mathematical model
based on the Nernst-Planck equations combines internal and external diffusion
resistances; the convective mass transfer coefficient and the self-diffusivities of
the counter ions Cd2+ and Na+ are the unique parameters. The resulting
ordinary differential equations have been solved numerically using the method
of lines and integrated by the finite-differences method. The Nernst-Planck
based model produced the best results, giving rise to an absolute average
deviation of 17.22%. Mestrado em Engenharia Química
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Português
Orientador(es)
Silva, Carlos Manuel Santos da; Pereira, Maria Eduarda da Cunha
