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Tipo do documento: Dissertação
Title: Remoção de metais pesados utilizando resina Amberlite IR-120 em sistema batelada
Other Titles: Removal of heavy metal using Amberlite IR-120 on the batch system
Autor: Franco, Pietro Escobar 
Primeiro orientador: Veit, Márcia Teresinha
Primeiro coorientador: Borba, Carlos Eduardo
Segundo coorientador: Klen, Márcia Regina Fagundes
Primeiro membro da banca: Seolatto, Araceli Aparecida
Segundo membro da banca: Silva, Edson Antonio da
Resumo: O presente trabalho avaliou a remoção dos íons de metais pesados Zn+2 e Ni+2 através do processo de troca iônica utilizando a resina catiônica Amberlite IR-120/Na+. A caracterização do efluente de uma indústria do ramo de galvanoplastia foi realizada e os resultados obtidos serviram de base para a obtenção da solução aquosa utilizada no trabalho. Experimentos foram realizados em sistema batelada para a avaliação da cinética de troca iônica dos sistemas binários Ni+2–Na+, Zn+2–Na+ e para o sistema ternário Ni+2–Zn+2–Na+ nas concentrações iniciais de 20ppm e 200ppm, nas condições de pH de 4.5, velocidade de agitação de 150rpm e temperatura de 25ºC. Dois modelos foram testados para obtenção de parâmetros de cinética de troca iônica. Na simulação do modelo cinético em que a reação de troca iônica foi considerada a etapa limitante o modelo não se ajustou aos dados experimentais. Uma segunda simulação, em que a difusão na resina (modelo da força motriz linear) foi assumida como etapa limitante apresentou melhor ajuste e evidencia a hipótese de que para as condições experimentais adotadas o processo de troca iônica apresenta limitações difusionais. O valor dos coeficientes de transferência de massa na resina (ks) apresentaram valores entre 0,0032-0,043min-1. Estudos cinéticos mostraram que o equilíbrio é atingido em torno de 400 minutos para os sistemas com concentração inicial de 20ppm e de 60 minutos para os sistemas com concentração inicial de 200ppm. Experimentos para obtenção de dados de equilíbrio de troca iônica foram realizados para os sistemas binários Ni+2–Na+, Zn+2–Na+ e para o sistema ternário Ni+2–Zn+2–Na+ nas concentrações de 160ppm e 300ppm (pH de 4.5, velocidade de agitação de 150rpm e temperatura de 25ºC). As isotermas foram modeladas com uso da lei da ação das massas ideal e não ideal. Os modelos de Bromley e Wilson foram utilizados para o cálculo do coeficiente de atividade na solução e na resina. Realizou-se simulação para a determinação do valor da constante termodinâmica de equilíbrio e dos parâmetros de interação de Wilson. Os resultados mostraram que a lei da ação das massas não ideal se ajustou bem aos dados experimentais dos sistemas binários. A simulação do sistema de equilíbrio ternário foi realizada de forma preditiva, baseada nos parâmetros de interação de Wilson e constantes de equilíbrio fornecidas pelas modelagens dos sistemas binários. Os dados preditos pelo modelo foram comparados com os dados experimentais e os resultados mostraram que o modelo foi capaz de prever o comportamento do sistema ternário. A afinidade dos íons estudados com a resina Amberlite IR-120 mostrou a seguinte ordem: Zn+2 Ni+2 > Na+. Para todos os experimentos realizados neste trabalho, a variação de pH e de estequiometria ao longo dos experimentos foram avaliados. Para o parâmetro pH, gráficos de especiação foram realizados com o uso do software HYDRA e os resultados mostram que os íons de interesse nas soluções (Zn+2 e Ni+2) estavam acima de 95%. O desvio médio da estequiometria não foi superior a 8%.
Abstract: This study evaluated the removal of heavy metal íons Zn+2 and Ni+2 through the íon exchange process using a cationic resin Amberlite IR-120/Na+. The characterization of wastewater from an industry of electroplating was performed and the results were the basis for obtaining the aqueous solution used at work. Experiments were performed in batch system for the valuation of ion exchange kinetics of the binary systems Ni+2–Na+, Zn+2–Na+ and the ternary system Ni+2–Zn+2–Na+ in the initial concentrations of 20ppm and 200ppm, in the conditions of pH 4.5, agitation speed of 150rpm and 25ºC. Two models were tested to obtain kinetic parameters of ion exchange. In the simulation of kinetic model in which the ion exchange reaction was considered the limiting step during the model does not fit the experimental data. A second simulation, where the diffusion in the resin (linear driving force model) was assumed to be limiting step had better fit and evidence for the hypothesis that the experimental conditions the ion exchange process presents diffusional limitations. The value of mass transfer coefficients in the resin (ks) varied from 0.0032 to 0.043min-1. Kinetic studies showed that equilibrium is reached around 400 minutes for the systems with initial concentration of 20ppm and 60 minutes for systems with initial concentration of 200ppm. Experiments to obtain data of ion exchange equilibrium were performed for the binary systems Ni+2–Na+, Zn+2–Na+ and for the ternary system Ni+2–Zn+2–Na+ at concentrations of 160ppm and 300ppm (pH 4.5, agitation speed of 150rpm and 25ºC). The isotherms were modeled using the law of mass action ideal and not ideal. The Bromley and Wilson models were used to calculate the activity coefficient in solution and resin. Simulations were conducted for determining the value of the constant and equilibrium thermodynamics of the interaction parameters of Wilson. The results showed that the law of mass action is not ideal fits well the experimental data of binary systems. The simulation of the ternary equilibrium system was accomplished using a predictive, based on the interaction parameters of Wilson and equilibrium constants provided by the modeling of binary systems. The data predicted by the model were compared with experimental data and the results showed that the model was able to predict the behavior of the ternary system. The affinity of the studied ions with Amberlite IR-120 showed the following order: Zn+2 Ni+2 > Na+. For all experiments conducted in this study, the variation of pH and stoichiometry during the experiments were evaluated. For the parameter pH, speciation graphics were done using the HYDRA software and the results show that ions of interest in the solutions (Zn+2 and Ni+2) were above 95%. The average deviation from stoichiometry was less than 8%.
Keywords: Troca iônica
Equilíbrio
Cinética
Lei da ação das massas (LAN)
IIon exchange
Equilibrium
Kinetic
Mass action law (MAL)
CNPq areas: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Campun: Toledo
Citation: FRANCO, Pietro Escobar. Remoção de metais pesados utilizando resina Amberlite IR-120 em sistema batelada. 2011. 96 f. Dissertação( Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Paraná, Toledo, 2011.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/2924
Issue Date: 7-Feb-2011
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química (TOL)

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