Avaliação do desempenho de materiais de carbono na adsorção de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs)

A poluição causada pelos Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) afeta a qualidade do ar e é potencialmente nociva para a saúde pública. O controlo e redução destas emissões constituem um dos principais interesses da indústria. O principal objetivo desta dissertação foi estudar o comportamento de materiais de carbono provenientes de resíduos wet-blue na adsorção de compostos orgânicos voláteis nomeadamente acetato de etilo. Foi abordada a influência da área superficial especifica e da química superficial na adsorção de acetato de etilo usando carvão ativado como adsorvente. Nos ensaios de adsorção utilizou-se um reator de leito fixo em U e foram obtidas as curvas de rotura mantendo uma concentração inicial média de acetato de etilo de 300 ppm e utilizando cerca de 100 mg de amostra. Relativamente à influência da área superficial específica, a gama estudada foi de 1284 a 1972 m2 /g e a gama da capacidade de adsorção obtida foi de 164 a 330 mg COV/g. Verificou-se que quanto maior a área superficial especifica maior o tempo de rotura pois quanto mais desenvolvida for a estrutura porosa maior é a capacidade de adsorção e consequentemente maior o tempo ao qual se verifica a saturação. Para estudar a influência da química superficial foram introduzidos grupos funcionais oxigénio do tipo ácido carboxílico, anidrido carboxílico e lactona através de uma oxidação em fase liquida. Para analisar a influência dos grupos funcionais na adsorção de acetato de etilo foram feitos três tratamentos térmicos onde se conseguiu eliminar seletivamente alguns dos grupos introduzidos. Verificou-se que a presença dos grupos funcionais do tipo ácido carboxílicos e lactona, não melhora a capacidade de adsorção e que a remoção dos grupos ácido carboxílico da superfície do carvão favorece a adsorção de acetato de etilo. Foram efetuados ensaios para estudar a influência nas curvas de rotura do sentido de escoamento de gás no leito e do grau de compactação do leito. Verificou-se que, no sentido descendente, o tempo de rotura é baixo devido a fuga de acetato de etilo nos instantes iniciais, indicando possivelmente a presença de caminhos preferenciais. Quanto ao grau de compactação do leito, observou-se que as duas réplicas com o leito expandido são reprodutíveis e representam melhor o comportamento do material adsorvente. No entanto os valores obtidos com o leito intermédio são mais concordantes com os resultados da literatura e com trabalhos anteriormente publicados. Relativamente aos testes realizados para verificar o comportamento do carvão ativado em dois ciclos de adsorção-dessorção observou-se que capacidade de adsorção do carvão é diminuída com o aumento do número ciclos de adsorção-dessorção.Pollution caused by Volatile Organic Compounds (VOCs) affects air quality and it is potentially harmful to public health. In fact, control and reduction of these emissions are a major concern of industry. The main goal of this work was to study the behaviour of carbon materials prepared from wet-blue wastes in the adsorption of volatile organic compounds such as ethyl acetate. The influence of the specific surface area and surface chemistry in the adsorption of ethyl acetate was also studied. Adsorption tests were performed using an U-shaped fixed bed reactor, and adsorption breakthrough curves were obtained at an ethyl acetate initial concentration of 300 ppm and using 100 mg of activated carbon sample. Regarding to the influence of the specific surface area in the adsorption process, surface areas ranging from 1284 to 1972 m2 /g were studied and, consequently, the adsorption capacity obtained was in the range of 164 to 330 mg VOC/g. It was found that increasing the specific surface area, the rupture time increases as expected. A more developed porous structure results in a higher adsorption capacity and, therefore, it takes longer for saturation to occur. To study the influence of surface chemistry, the activated carbon was treated by liquid-phase oxidation in order to introduce oxygen functional groups like carboxylic acids, anhydrides and lactones. To analyse the influence of these groups in the adsorption of ethyl acetate, three thermal treatments were performed, in which some of these groups were selectively removed. It was found that the presence of the carboxylic acids and lactones does not improve the adsorption capacity of the activated carbon. Besides, it was observed that the removal of such groups from the carbon surface promotes ethyl acetate adsorption. The influence of gas flow direction and of bed packing degree on the adsorption curves was studied. Concerning the influence of gas flow direction it was found that with downward flow, rupture time is lower due to escape of ethyl acetate at the early stages of the process, possibly indicating the presence of preferential pathways. Additionally, assays with different bed packing degrees were carried out, in rder to verify its influence on the adsorption process. It was observed that both replicas with expanded bed are reproducible and illustrate better the adsorbent behaviour. However, the values obtained for the intermediate packing bed degree are more consistent with the literature review. Two cycles of adsorption-desorption in a specific activated carbon (AC2) were performed, in order to study its behaviour in the adsorption. It was observed that the rupture curves shift to the left side since the carbon adsorption capacity decreases when increasing adsorption-desorption cycle’s number