Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ambiental
TÍTULO: Avaliação da Adsorção de CO2 em Zeólita 13X e Carvão Ativado Modificados com MEA Visando a Separação em Misturas Gasosas
AUTORES: Carvalho, L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Urbina, M.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS) ; Campos, L.M.A. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Chemmés, C.S. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Seabra, K.L.C. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Pereira, V.F. (UNIVERSIDADE SALVADOR) ; Valle, L.L.L. (UNIVERSIDADE SALVADOR)
RESUMO: O controle das emissões de dióxido de carbono na atmosfera tem impulsionado vários países e pesquisadores no desenvolvimento de processos de captura de CO2 (principal causador do efeito estufa). A adsorção vem a ser um processo eficaz na separação e purificação do CO2 em correntes gasosas industriais, principalmente devido ao desenvolvimento de novos adsorventes. Utilizando o método gravimétrico, foram analisados a zeólita 13X e carvão de coco, puros e impregnados com monoetanolamina, MEA, pré-tratados a 473K e 673K. Cujos dados de equilíbrio de adsorção mocomponente (CO2) foram ajustados ao modelo de Langmuir. Os resultados das isotermas permitiram comparar os adsorventes pré-tratados, em diferentes temperaturas, destacando-se o carvão do endocarpo do coco por sua capacidade de adsorção.
PALAVRAS CHAVES: Adsorção de CO2; Carvão Ativado; Zeólita 13X
INTRODUÇÃO: Diante do cenário mundial de crescimento das atividades industriais, a queima de combustíveis fósseis, tem sido responsável pela emissão de gases à atmosfera, (EIA, 2006), destacando-se o dióxido de carbono, CO2, como principal causador do efeito estufa e, consequentemente, do aquecimento global (DANTAS, 2008);O grande desafio é reduzir as emissões de CO2 e reincorporá-lo a outros processos produtivos industriais, onde vários métodos de separação são utilizados, mas o processo de adsorção apresenta-se como seletivo e de grande aplicabilidade industrial (CHATTI, 2009). A adsorção vem a ser um processo eficaz de separação de CO2, utilizado por sua alta seletividade e grande aplicabilidade industrial, portanto, a escolha de um adsorvente apropriado é determinante para uma efetiva utilização no processo. Os adsorventes mais estudados na literatura são as zeólitas e os carvões (GOMES, 2002).
As zeólitas vêm se destacando no processo seletivo de adsorção de CO2 devido a sua estrutura geométrica bem definida, o que proporciona uma alta área superficial e uma elevada porosidade (FREITAS, 1994).
Os carvões oriundos de biomassa se mostram como uma nova alternativa por agregar valor a insumos oriundos de processos produtivos (SANTIAGO, 2005).
Na perspectiva de uma melhor seletividade de adsorção pelo adsorvente, atualmente vem se estudando a modificação da superfície dos adsorventes pelo uso de alcanolaminas com objetivo de introduzir grupos funcionais que têm afinidade com o CO2 (NEVES, 2005).
Neste trabalho, avalia-se a capacidade de adsorção de CO2 no carvão ativado decorrente do endocarpo do coco e na zeólita 13X, puros e impregnados com monoetanolamina (MEA), analisando a perspectiva de uso dos adsorventes estudados para a captura de CO2 em misturas industriais.
MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho foram utilizados dois adsorventes: carvão oriundo do endocarpo do coco e zeólita 13X. Os adsorventes foram estudados em duas condições: puros e impregnados com MEA a 30% (v/v), devido a já conhecida capacidade de interação das alcanolaminas com CO2.
O estudo da adsorção de CO2 foi feito utilizando método gravimétrico, (CARVALHO et al, 2011), que inicia-se com o tratamento hidrotérmico do material, efetuado numa mufla modelo EDG 3P-S, nas temperaturas de 473 e 673K.
Na etapa de avaliação da capacidade de adsorção de CO2, os adsorventes foram pré-tratados termicamente a 473 e 673K, a uma taxa de aquecimento de 30K/min, para a retirada da umidade e de outros materiais que estejam adsorvidos. Os ensaios foram efetuados em intervalos de 30 minutos, onde eram realizadas as pesagens e modificadas as vazões dos gases Argônio e CO2, para obtenção de diferentes pressões parciais de CO2, de acordo com a vazão, que variou de 1mL/min a 20mL/min.
A obtenção das isotermas de equilíbrio de adsorção foi realizada a uma temperatura de 298K, onde cilindros de Argônio e CO2 foram acoplados a dois medidores mássicos da Bronkhorst HI-TEC Modelo E5752, fixando-se a pressão em torno de 4 bar e controlados por um software específico, obtendo as variações das concentrações de CO2 e Argônio, acompanhado da determinação da massa adsorvida, em uma balança digital de alta precisão, Sartorius CP225D. A porcentagem de CO2 adsorvida foi obtida em função da vazão deste gás, e os parâmetros utilizados foram baseados no modelo de Langmuir monocomponente e obtidos através de ajustes experimentais para os componentes puros.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As etapas de pré-tratamento dos adsorventes utilizando duas temperaturas, 473 e 673K, foram avaliadas revelando diferentes influencias a depender do adsorvente, sendo esta etapa determinante para remoção de água e possíveis substâncias adsorvidas. Para fins comparativos, o carvão de coco e a zeólita 13X foram pré-tratados nas temperaturas de 673K e 473K e as isotermas obtidas indicaram que, para a temperatura mais elevada, a zeólita 13X apresentou uma maior capacidade de adsorção de CO2, enquanto que para o carvão, a adsorção foi favorecida quando tratado a temperatura mais baixa de 473K. Os resultados obtidos estão apresentados na Figura 1: A e B.
Comparando as isotermas do carvão e da zeólita 13X, nas melhores temperaturas de pré-tratamento (zeólita 13X a 673K e carvão a 473K) se observou relevantes resultados. O carvão pré-tratado a 473K apresentou em média uma capacidade de adsorção 75% maior que a zeólita 13X, como está mostrado na Figura 2 C.
Ao impregnar a zeólita 13X com MEA a 30% v/v, a 298 K, ficou evidente a influência negativa desta alcanolamina, na capacidade de adsorção de CO2, fenômeno também verificado com o carvão. Uma das razões indicadas para tal diminuição é a oclusão dos poros dos adsorventes pela MEA. Os resultados estão apresentados na Figura 2: A e B.
Este resultado aponta para utilização do carvão de coco, pré-tratado a 473K, como promissor adsorvente de CO2, principalmente devido a sua origem de biomassa residual.
Isotermas de adsorção de CO2
Na Figura 1 estão mostradas as isotermas de adsorção de CO2 em carvão ativado, do endocarpo do coco, e zeólita 5A.
Figura 2-Resultados de adsorção de CO2 em adsorventes impregnados com
Isotermas de adsorção de CO2 em Zeolita 5A impregnada com MEA e Tabela de resultados de adsorção de carvão impregnado com MEA.
CONCLUSÕES: Este trabalho apresenta um adsorvente viável e competitivo aos adsorventes industriais, seletivo a adsorção de CO2 oriundo de biomassa residual: o carvão do endocarpo do coco. Para isto, foram comparadas as capacidades adsortivas à CO2 da zeólita 13X e do carvão puros e impregnados com MEA, pré-tratados a 473 e 673K. Percebeu-se que fenômenos de superfície quanto à acessibilidade aos sítios ativos estão afetados pelo processo de pré-tratamento e dependem diretamente da estrutura estudada. Isto é percebido, pois o carvão a 473K possui uma maior capacidade de adsorção de CO2 que a zeólita 13X.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem às Universidades: UNIFACS, UFRN e UFAL. Ao PPGQ/UFRN, ao PRH PB222, ao CNPQ, CAPES e FAPESB.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CARVALHO L. S., et al, Avaliação de Adsorventes e Técnicas de Adsorção, Visando a captura de CO2 para Recuperação Avançada de Campos Maduros de Petróleo, Anais do 1º Congresso Brasileiro de CO2 na Indústria de Petróleo, Gás e Biocombustíveis, Rio de Janeiro, 18 - 20 de abril de 2011.
CHATTI, Ravikrishna; BANSIWAL, Amit K.; THOTE, Jayashri A.; Amine Loaded Zeolites for Carbon Dioxide Capture: Amine Loading and Adsorption Studies. Science Direct, Índia, p. 84-89. 18 jan. 2009.
DANTAS, Tirzhá L.P.; Adsorção de CO2 e N2 Sobre Carvão Ativado e Zeólita 13X: Isotermas de Equilíbrio Através de Medidas Gravimétricas. 7° Encontro Brasileiro Sobre Adsorção, Campina Grande - Pb, jun. 2008.
Energy Information Administration; Annual Energy Outlook, http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/, 2006
FREITAS, J. C. C.; Espectroscopia de Alta Resolução por Ressonância Magnética Multinuclear Aplicada ao Estudo de Zeólitas. 1994. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Gradução em Física, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.
GOMES, V. G.; Yee, K. W. K.; Pressure Swing Adsorption for Carbon Dioxide Sequestration from Exhaust Gases. Separation and Purification Technology, 28, 161-171, 2002.
NEVES, C. F. C.; SCHVARTZMAN, M. M. A. M.; Separação de CO2 por Meio da Tecnologia PSA, Química Nova, vol. 28, 622-628, 2005.
SANTIAGO, B. H. S.; FRANÇA, G.H.; SELVAM, P.V.P.; Estudo de Viabilidade Tecno-econômica Preliminar para Produção de Carvão Ativado no Brasil a Partir dos Resíduos do Coco: Estudo Comparativo de Cenários de Produção. Revista Analytica, Rio Grande do Norte, n. 17, p.53, jun/jul. 2005.