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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17681
Tipo: | Dissertação |
Data do documento: | 5-Fev-2025 |
Autor(es): | SOUSA, Ana Paula Souza de |
Primeiro(a) Orientador(a): | ESTUMANO, Diego Cardoso |
Primeiro(a) coorientador(a): | RODRIGUES, Emerson Cardoso |
Título: | Inserção da temperatura no modelo de Langmuir aplicado na adsorção de íons cobre por zeólita 5A : experimental e estatística Bayesiana |
Citar como: | SOUSA, Ana Paula Souza de. Inserção da temperatura no modelo de Langmuir aplicado na adsorção de íons cobre por zeólita 5A : experimental e estatística Bayesiana. Orientador: Diego Cardoso Estumano . 2025. 119 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17681. Acesso em:. |
Resumo: | O tratamento de águas residuais contaminadas por metais pesados representa um grande desafio ambiental, sendo a adsorção uma das principais abordagens para a remoção desses contaminantes, uma vez que apresenta alta eficiência na separação de moléculas. A compreensão da interação entre adsorvente e adsorvato é fundamental para prever a dinâmica em diferentes condições operacionais. Dessa forma, a utilização de técnicas de modelagem na predição de isotermas permite estimar o desempenho adsortivo, reduzindo a necessidade de experimentação intensiva, além de promover a otimização do processo. Considerando esses fatores, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo preditivo, capaz de estimar isotermas de adsorção de íons cobre por zeólita 5A em diferentes temperaturas. A metodologia envolveu a produção e caracterização do resíduo de caulim, metacaulim e produto zeolítico, utilizando técnicas de caracterização de Espectrometria de Fluorescência de Raios X (FRX), Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e análises térmicas de material por Termogravimetria (TG), Termogravimetria Diferencial (DTG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) para obtenção da composição química, mineralógica, morfologia e estabilidade térmica do material. Experimentos de isotermas de adsorção de íons cobre foram realizadas nas temperaturas de 25 ºC, 35 ºC, 45 ºC, 55 ºC, 65 ºC, 75 ºC, 85 ºC e 95 ºC e, visando o estudo dos mecanismos de adsorção e da interação adsorvente/adsorvato, utilizou-se o Método de Monte Carlo Via Cadeia de Markov (MCMC) com o algoritmo Metropolis-Hastings para estimativa dos parâmetros de modelos e posterior ajuste aos dados experimentais. Com base nesses dados, o modelo de Langmuir foi adaptado para incorporação da temperatura na faixa de 25 ºC a 150 ºC por meio das etapas de calibração, validação e predição da dinâmica de adsorção. Os resultados das caracterizações confirmaram o potencial uso do resíduo caulinítico para síntese de zeólitas, bem como a formação da zeólita 5A por meio de suas composições química, mineralógica e morfologia. As isotermas revelaram que a capacidade de remoção de cobre aumentou proporcionalmente com a temperatura obtendo quantidade máxima de sorção de 754,85 mg/g a 95 ºC. A estimativa dos parâmetros validou a adaptação do modelo de Langmuir para diferentes condições térmicas, o qual mostrou-se eficaz na previsão das isotermas, otimizando o processo de adsorção em diferentes temperaturas, além de proporcionar uma boa estimativa do modelo e possibilitar a redução de extensas atividades experimentais. |
Abstract: | The treatment of wastewater contaminated by heavy metals represents a significant environmental challenge, with adsorption being one of the main approaches for removing these contaminants, as it exhibits high efficiency in molecular separation. Understanding the interaction between adsorbent and adsorbate is essential for predicting dynamics under different operational conditions. Thus, the use of modeling techniques in isotherm prediction allows for estimating adsorption performance, reducing the need for intensive experimentation, while promoting process optimization. Considering these factors, this work aimed to develop a predictive model capable of estimating adsorption isotherms of copper ions by zeolite 5A at different temperatures. The methodology involved the production and characterization of kaolin waste, metakaolin, and the zeolitic product, utilizing characterization techniques such as X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and thermal analyses, including Thermogravimetry (TG), Differential Thermogravimetry (DTG), and Differential Scanning Calorimetry (DSC), to determine the chemical and mineralogical composition, morphology, and thermal stability of the material. Adsorption isotherms of copper ions were performed at temperatures of 25 ºC, 35 ºC, 45 ºC, 55 ºC, 65 ºC, 75 ºC, 85 ºC, and 95 ºC. To study the adsorption mechanisms and the adsorbent/adsorbate interaction, the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method with the Metropolis-Hastings algorithm was used to estimate model parameters and subsequently fit them to the experimental data. Based on these data, the Langmuir model was adapted to incorporate temperature, in the range of 25 ºC to 150 ºC, followed by the calibration, validation, and prediction of adsorption dynamics. The characterization results confirmed the potential use of kaolinitic waste for zeolite synthesis, as well as the successful formation of zeolite 5A through its chemical composition, mineralogy, and morphology. The isotherms revealed that copper removal capacity increased proportionally with temperature, obtaining a maximum adsorption capacity of 754.85 mg/g at 95 ºC. The parameter estimation validated the adaptation of the Langmuir model for different thermal conditions, which proved effective in predicting the isotherms, optimizing the adsorption process at different temperatures, and providing a good model estimate, thus enabling the reduction of extensive experimental activities. |
Palavras-chave: | Adsorventes zeolíticos Águas residuais Inferência bayesiana Zeolitic adsorbents Wastewater Bayesian inference |
Área de Concentração: | DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS |
Linha de Pesquisa: | ENGENHARIA DE PROCESSOS INORGÂNICOS |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Instituto de Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil |
Fonte URI: | Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
Aparece nas coleções: | Dissertações em Engenharia Química (Mestrado) - PPGEQ/ITEC |
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