Autor(es):
Camarinha, Elisabeth Domingues 
Data: 2008
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/3057
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia química; Tratamento da água; Cádmio; Titanossilicatos microporosos; Permuta iónica
Descrição
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). Mestrado em Engenharia Química
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Português
Orientador(es)
Silva, Artur Manuel Soares da; Pereira, Maria Eduarda da Cunha
