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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Determinao das isotermas de soro de ons usando aequao de Poisson-Boltzmann
Ttulo [EN]: Determination of ions sorption isotherms using poissonboltzmann equation
Autor(es): Vilmar Steffen
Palavras-chave [PT]:

Adsoro de ons. Biossoro de ons. Isoterma. Poisson-Boltzmann. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Adsorption. Biossorption. Isotherm. Poisson-Boltzmann. Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Lcio Cardozo Filho [Orientador] - UEM
Luiz Roberto Evangelista - UEM
Edson Antonio da Silva - UNIOESTE
Luiz Stragevitch - UFPE
Marco Aurlio Cremasco - UNICAMP
Ervin Kaminski Lenzi - UEPG
Vladimir Ferreira Cabral - UEM
Resumo:
Resumo: A adsoro de ons e a troca inica so utilizadas em muitos processos industriais. O projeto de processos de separao usando estas operaes em escala industrial requer informaes sobre equilbrio. Usualmente, para descrever o equilbrio dos processos de adsoro/troca inica, so aplicadas isotermas de adsoro e a Lei da Ao das Massas. Outra abordagem, baseada na mecnica estatstica, utiliza a teoria de Poisson-Boltzmann para representar o equilbrio da adsoro de impurezas nas paredes das clulas de cristal lquido. Neste trabalho, esta abordagem foi adaptada para representar o equilbrio do processo de soro de metais pesados em adsorvente/biossorventes com fundamentao terica na modelagem do campo eltrico gerado pelas cargas presentes no sistema. As equaes fundamentais que governam o modelo so estabelecidas por equaes de conservao da quantidade de ons em uma regio prxima interface adsorvente. O perfil dos potenciais eltricos na parede do adsorvente e no seio do fluido e o potencial qumico so determinados como funo da concentrao de equilbrio na fase fluida. O modelo mecanstico obtido com base nas diferenas de energia do sistema antes e aps a adsoro/troca inica, em sua forma final, apresenta dois parmetros ajustveis. A capacidade deste modelo de vi representar os dados experimentais de equilbrio comparada com a modelagem convencional de isotermas de adsoro. Apesar da complexidade no clculo dos parmetros do modelo, esses parmetros ajustveis podem fornecer informaes importantes sobre o processo. O modelo baseado na teoria de Poisson-Boltzmann desenvolvido para sistemas monocomponente expandido para misturas binrias. Foram propostas ainda, baseadas no comportamento deste modelo, isotermas semi-empricas que apresentam menor complexidade, no entanto, com parmetros ajustveis sem o significado fsico do modelo baseado na teoria de Poisson-Boltzmann. Na modelagem de misturas binrias tambm foram testados modelos preditivos e um modelo que considera uma regra de misturas para a "energia de ativao da adsoro". Para o clculo do valor timo dos parmetros dos modelos desenvolveu-se cdigos em Linguagem FORTRAN 77 utilizando-se a sub-rotina DUMCGF (rotina que usa o gradiente em seu algoritmo para encontrar o mnimo de uma funo) da biblioteca numrica IMSL. O modelo monocomponente foi testado com dados de biossoro dos ons cobre e cromo usando como biossorvente a alga Sargassum sp. e de troca inica dos ons ferro e zinco utilizando a zelita NaY, e o modelo para sistemas binrios foi testado com dados de biossoro dos ons cobre e cromo usando como biossorvente a alga Sargassum sp. Foram propostas seis diferentes formulaes com diferentes nveis de complexidade para o modelo monocomponente, no entanto, todos os modelos apresentaram desempenhos semelhantes na representao dos dados experimentais, assim foram expandidos a sistemas binrios apenas os dois modelos mais simples. O modelo monocomponente representa os dados experimentais testados com qualidade semelhante modelagem convencional de isotermas de adsoro com o mesmo nmero de parmetros ajustveis, entretanto, o modelo binrio apresenta bons resultados apenas com a utilizao de regras de mistura.

Abstract: Ion adsorption and ion exchange are used in many industrial processes. The process separation design using these operations on an industrial scale requires information about equilibrium. Usually, to describe the adsorption/ion exchange process equilibrium, adsorption isotherms and law of mass action are applied. Another approach, based on statistical mechanics, uses Poisson-Boltzmann theory to represent the adsorption equilibrium of impurities in the walls of liquid crystal cells. In this work, this approach was adapted to represent the equilibrium of heavy metals adsorption process by biossorvents/adsorvents with a theoretical foundation for modeling the electric field generated by the charges present in the system. The fundamental equations that govern the model are established by equations of conservation of ions quantity in an area close to the adsorbent interface. The profile of bulk and surface electric potentials and the chemical potential are determinated as function of the fluid phase equilibrium concentration. The mechanistic model obtained based on the energy differences of the system before and after the adsorption/ion exchange, in its final form, presents two adjustable parameters. The capacity of this model to represent the experimental equilibrium data is compared with the conventional modeling of adsorption isotherms. Viii Despite the difficult about calculating the model parameters, these adjustable parameters can provide important information about the process. The model based on Poisson-Boltzmann theory developed for monocomponent systems is expanded to binary systems. Also has been proposed, based on the behavior of the model, semi-empirical isotherms that present low complexity, however, with adjustable parameters without the physical meaning of the model based on Poisson-Boltzmann theory. In the modeling of multicomponent systems were also tested predictive models and a model that considers mixing rules for "activation energy of adsorption". To calculate the optimal models parameters values was developed codes in FORTRAN 77 language using the DUMCGF subroutine (routine that uses the gradient in its algorithm to find the minimum of a function) of the IMSL Numerical Library. The monocomponent model was tested with data of copper and chromium ions biosorption using the Sargassum sp. algae as biosorbent and ion exchange of iron and zinc ions using NaY zeolite, and the binary model was tested with data of biosorption of copper and chromium ions using the Sargassum sp. algae as biosorbent. Were proposed six different formulations with different levels of complexity for the monocomponent model, however, all models presented similar performances in the representation of experimental data, thus were expanded to binary systems only the two simplest models. The monocomponent model represents the experimental data tested with quality similar to the conventional modeling of adsorption isotherms with the same number of adjustable parameters, however, the binary model presented good results only with the use of mixing rules.
Data da defesa: 24/02/2014
Cdigo: vtls000222894
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2014
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Lcio Cardozo Filho
Co-Orientador: Prof. Dr. Luiz Roberto Evangelista, Prof. Dr. Edson Antonio da Silva
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: elaine
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese_Vilmar Steffen.pdf
Tamanho: 1594 Kb (1632594 bytes)
Criado: 09-08-2016 14:16
Atualizado: 10-08-2016 08:22
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