Red mud evaluation to petroleum derivatives removal - benzene, toluene and xylene (BTX)

Orientador: Meuris Gurgel Carlos da SilvaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Muitos compostos orgânicos derivados do petróleo são encontrados na água subterrânea, oriundos de processos industriais ou, principalmente, dos vazamentos de combustível em postos de distribuição. Dentre esses compostos encontram-se benzeno, tolueno e xileno (BTX), substâncias tóxicas e carcinogênicas e que se constituem nos componentes mais poluidores da gasolina. Processos de remoção dos BTX devem atender aos limites da legislação e, nesse sentido, a adsorção é um dos métodos mais eficientes. Neste trabalho foi proposto avaliar a lama vermelha, resíduo da indústria de beneficiamento do alumínio, nas formas bruta, calcinada e quimicamente tratada, como material adsorvente alternativo para remoção dos BTX em soluções sintéticas com um e dois adsorbatos. A caracterização da lama vermelha indicou que o material é macroporoso, muito heterogêneo e constituído de uma mistura de óxidos principalmente sodalita, hematita, goetita, gibbsita e quartzo. A calcinação provocou alterações na estrutura do adsorvente, aumentando a área superficial e a quantidade e tamanho de macroporos. O estudo do pHzpc mostrou que o pH natural da lama vermelha tornou a superfície carregada negativamente, atraindo assim o anel benzênico e melhorando a adsorção. Os ensaios de cinética de adsorção mostraram um processo rápido com no máximo 2h para atingir o equilíbrio e o percentual de remoção foi acima de 85% para todos os compostos. Nos ensaios de equilíbrio com monocomposto a ordem decrescente de adsorção foi benzeno, tolueno e xileno. As maiores capacidades de adsorção de benzeno foram qe = 0,332 mmol/g com lama bruta, e com lama calcinada qe = 0,335 mmol/g, esses valores são elevados quando comparados com adsorventes do tipo argilominerais. Os modelos Langmuir com dois sítios e múltiplos espaços de adsorção foram os que melhor se ajustaram aos resultados experimentais de adsorção com monocomposto, porém não conseguiram prever as multicamadas existentes nas isotermas. Foi verificada uma diminuição na remoção de todos os BTX na condição de mistura binária. A ordem de remoção de BTX foi inversa e com maiores remoções de xileno (qe = 0,3406 mmol/g). O modelo de Langmuir se ajustou adequadamente aos resultados experimentais, nessa condiçãoAbstract: Many organic compounds derived from oil are found in groundwater from industrial processes or specially from leaks at fuel tanks in gas stations. Among these compounds are benzene, toluene and xylene (BTX), toxic and carcinogenic substances that are the most polluters compounds from gasoline. BTX removal processes must attend to legislation limits and thus the adsorption process is one of the most efficient methods. In this work it was used red mud, an aluminum industry waste, in the raw, calcined forms and chemically treated forms, as an alternative adsorbent, to remove the BTX from single and two-component aqueous solutions. The characterization of the red mud indicated that this material is macroporous, very heterogeneous and compound from an oxides mixture, mainly sodalite, hematite, goethite, gibbsite and quartz. The calcination caused changes in the adsorbent structure, increasing the superficial area and the macroporous quantities and size. The pHpzc study showed that the natural red mud pH lets the surface negatively charged, attracting then the benzene rings and improving the adsorption. The kinetic adsorption showed a fast process that needs 2 h to achieve the equilibrium and a removal percentage of 85% for all compounds. In the single component equilibrium studies the adsorption order was benzene, toluene e xylene. The maximum adsorption capacities were qe = 0,332 mmol/g on raw red mud (RM), and on calcined red mud (CRM), qe = 0,335 mmol/g. DSL and MSAM models were the best fit to the experimental data in the single component adsorption, although they could not to predict the multiple layers existing in the isotherms. It was verified a decrease in the removal of all BTX in the two-component adsorption. There was a change in the BTX removal order and more removal of xylene (qe = 0,3406 mmol/g). The Langmuir model showed good fit to the experimental data in this conditionDoutoradoEngenharia de ProcessosDoutora em Engenharia Quimic