Preparation and characterization of organoclay for adsorption of BTX

Diariamente, uma grande quantidade de fluxos de água sofre contaminação por compostos orgânicos como, por exemplo, o benzeno, tolueno e xileno (BTX), os quais são compostos tóxicos e nocivos ao meio ambiente e aos seres humanos. Sendo assim, o estudo de técnicas de remoção e tratamento desses poluentes vem se tornando tema de muitas pesquisas. A adsorção tem se mostrado uma técnica bastante eficiente, pois atende aos limites da legislação, apresenta baixo consumo energético e custo de processo, ainda mais quando se faz uso de um adsorvente alternativo, como é o caso da argila organofílica. Nesse trabalho foi proposto avaliar a argila esmectítica sódica nacional Fluidgel, na forma natural e organofilizada, como materiais adsorventes alternativos na remoção dos compostos orgânicos BTX de soluções aquosas, em ensaios em sistema batelada e em sistema dinâmico. A argila organofílica foi preparada a partir da argila comercial e do sal quaternário de amônia HDTMA e se verificou a capacidade de troca catiônicas dos adsorventes. Foram realizadas técnicas de caracterização com a finalidade de determinar a área superficial do material, estrutura de poros, estrutura cristalina, morfologia de superfície, composição química, perda de massa e água e identificação de grupos funcionais de superfície. Testes preliminares comprovaram o caráter hidrofóbico da argila organofílica e sua afinidade por compostos orgânicos, bem como o caráter hidrofílico da argila comercial. Ensaios cinéticos de pH mostraram que o mesmo não afeta de maneira significativa o processo de adsorção. Os ensaios cinéticos de adsorção realizados em sistema batelada alcançaram o equilíbrio em 3h e apresentaram porcentagens de remoção de poluente superiores a 90%, com concentração inicial de 1,09 mmol/L. Os modelos cinéticos analisados foram o de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e o de difusão intrapartícula, sendo que o modelo de pseudossegunda ordem melhor descreveu os dados experimentais. Para as isotermas de equilíbrios, testou-se as temperaturas de 35, 25 e 15 oC, sendo a maior capacidade de remoção com a maior temperatura, indicando que a adsorção nesse caso é de natureza endotérmica. Os modelos de isotermas avaliados foram Langmuir, Freundlich, Sips, DSL, MSAM e D-R, porém apenas o modelo de D-R descreveu de maneira satisfatória os dados experimentais. Pela análise dos parâmetros termodinâmicos, verificou-se que o processo de adsorção em estudo é espontâneo, favorecido a altas temperaturas e que possivelmente ocorre fisissorção. Devido à alta volatilidade dos compostos BTX, foi feita uma adaptação na adsorção em sistema dinâmico através de coluna de leito fixo e se realizou um ensaio cinético em leito de adsorção. A ordem de remoção dos compostos orgânicos, para ambas as argilas, foi xileno > tolueno > benzeno.Daily a large amount of water flows suffers contamination by organic compounds as, for example, benzene, toluene and xylene (BTX), which are toxic compounds and harmful to the environment and to humans. Thus, the study of techniques for removal and treatment of these pollutants has become the subject of much research. The adsorption has proven to be a very effective technique because it meets the limits of the law, has low energy consumption and process cost, further when it makes use of an alternative adsorbent, as is the case with organoclay. In this study, it was proposed evaluate the national sodium smectite clay Fluidgel , in the natural and organophilizated form, as an alternative adsorbent material to the removal of organic compounds BTX from aqueous solutions in batch and dynamic system essays. The organoclay was prepared from the commercial clay and the quaternary ammonium salt HDTMA and it was verified the cationic exchange capacity of the adsorbents. Were performed characterization techniques in order to determine the surface area of the material, pore structure, crystal structure, surface morphology, chemical composition, mass and water loss and identification of surface functional groups. Preliminary tests confirmed the hydrophobic character of the organoclay and their affinity for organic compounds and the hydrophilic character of the commercial clay. pH kinetic experiments showed that the same does not affect significantly the adsorption process. Kinetic assays of adsorption performed in batch system reached equilibrium in 3 hours and showed pollutant removal percentages greater than 90%, with an initial concentration of 1.09 mmol/L. The kinetic models analyzed were the pseudo first order, pseudo second order and the intraparticle diffusion, being that the pseudo second order model best described the experimental data. For the equilibrium isotherm, was tested at temperatures of 35, 25 and 15 °C, being the largest removal capacity with the greatest temperature, indicating that the adsorption of this case is endothermic in nature. The isotherm models evaluated were Langmuir, Freundlich, Sips, DSL, MSAM and D-R, but only the D-R model described satisfactorily the experimental data. By the analysis of the thermodynamic parameters, it was found that the adsorption in study is spontaneous and favorable at high temperatures and that possibly occurs physisorption. Due to the high volatility of BTX compounds, it was made an adaptation to dynamic adsorption system through fixed bed column and a kinetic assay was carried out in adsorption bed. The order of removal of organic compounds for both clays was xylene > toluene > benzene