Remoção de bisfenol-A por adsorção

Abstract

O bisfenol-A (BPA), um monômero usado na fabricação de resinas epóxi e de plásticos de policarbonato, é considerado um potente desregulador endócrino que provoca diversas doenças. O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de BPA, de soluções aquosas através da técnica de adsorção em batelada e em processo contínuo. Também foi investigada a capacidade de regeneração do sorvente utilizado nos testes em batelada. Para isso, foram testados diferentes adsorventes (zeólita em pó e granular modificada com quitosana, zeólita sódica e carvão ativado granular), a fim de determinar qual apresentaria maiores índices de remoção de BPA. Posteriormente foram realizados ensaios de sorção com o sólido escolhido objetivando encontrar as condições mais adequadas de processo considerando os parâmetros de pH, tempo de residência, concentração de sólido sorvente. Ainda, isotermas de equilíbrio para este sistema foram construídas. A adsorção em leito fixo foi avaliada em experimentos via planta piloto de adsorção, segundo a influência de três variáveis: efeito da massa de adsorvente utilizada (5g e 10g), vazão de alimentação (15 mL.min-1 e 20 mL.min-1) e concentração inicial (50 mg.L-1 e 100 mg.L-1). Na regeneração do carvão ativado saturado com BPA, empregaram-se como solventes acetona, n-pentano e diclorometano e também foi utilizada a técnica de ultrassom. As condições de sorção utilizadas foram: pH 6, tempo 60 min, concentração de sorvente 10 g.L-1 e soluções de BPA 10 mg.L-1. A microestrutura externa e a composição elementar semi-quantitativa do carvão ativado antes e após o processo de sorção e regeneração foram analisadas pela técnica de MEV-EDS. No que se refere à sorção, melhores resultados foram encontrados com o carvão ativado granular, atingindo eficiência de remoção de 56,7% em pH 7. O modelo de isoterma de sorção que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo de Sips, que forneceu a constante de energia ou afinidade do processo e também a acumulação máxima de BPA no sorvente. Os testes de regeneração mostraram que os melhores agentes regenerativos foram a acetona (100%), com eficiência de remoção de 105,6% e a técnica de ultrassom, a qual apresentou uma eficiência de remoção de 106,4% após um tempo de contato de 30 min. Por ser uma técnica que não gera resíduo, optou-se utilizar o ultrassom para os testes de regeneração em ciclos. O ensaio de tempo de regeneração em banho de ultrassom mostrou que para os tempos de 30, 40, 50 e 60 min de contato a regeneração era muito semelhante. Assim, para os testes de ciclos de sorção-regeneração o tempo de contato utilizado foi de 30 min. Os ensaios de regeneração em ciclos mostraram que após seis (6) ciclos a eficiência de regeneração do sólido sorvente foi de 67,8% e a remoção de BPA obtida ao final desses ciclos foi de 60,9%. Quanto à caracterização do sorvente, as micrografias mostraram que o carvão ativado, antes e após os ciclos de sorção/regeneração (S/R), possui superfícies bastante irregulares, heterogêneas e desordenadas, com elevada porosidade. Ensaios realizados em planta piloto de adsorção mostraram a viabilidade técnica de aplicação do carvão ativado para remoção de bisfenol em processos contínuos, tendo sido possível obter as condições operacionais e a curva de ruptura do sistema. Os resultados indicaram que a adsorção em leito fixo apresentou melhores resultados nas seguintes condições: vazão de alimentação de 20 mL.min-1, concentração inicial de 100 mg.L-1 e 10g de sólido sorvente.

The bisphenol-A (BPA), a monomer used in the manufacture of epoxy resins and polycarbonate plastics is considered a powerful endocrine disrupter which causes various diseases. The objective of this work was to study the removal of BPA from aqueous solutions by adsorption technique in batch and continuous process. The regeneration capacity of sorbents used in batch tests was also investigated. For this purpose, different adsorbents were initially tested (zeolite powder and granular modified with chitosan, sodium zeolite and granular activated carbon) in order to determine which one presents higher removal rates of BPA. After that, sorption tests were carried out with the chosen solid aiming to find the best process conditions considering pH, residence time and sorbent concentration. Hence, equilibrium isotherms were constructed for this system. The fixed bed adsorption was evaluated through adsorption experiments using a pilot plant, according to the influence of three variables: the effect of the mass of the used adsorbent (10g and 5g), flow rate (15 mL.min-1 and 20 mL.min-1) and initial concentration (50 mg.L-1 and 100 mg.L-1). In activated carbon regeneration it was employed acetone, n-pentane and dichloromethane as solvents and the ultrasound technique was also used. The applied sorption conditions were the following: pH 6, time 60 min, sorbent concentration of 10 g.L-1 and BPA solution of 10 mg.L-1. The external microstructure and semi-quantitative elemental composition of the activated carbon before and after the sorption and regeneration were analyzed by SEM-EDS technique. Concerning sorption, the best results were found with granular activated carbon, reaching removal efficiency of 56.7% at pH 7. The sorption isotherm model that best fit the experimental data was the Sips model, which provided constant energy or affinity of the process and also the maximum accumulation of BPA in the sorbent. The regeneration tests showed that the best agents of regeneration were acetone (100%), with removal efficiency of 105.6% and the ultrasound technique, which presented a removal efficiency of 106.4% after a contact time of 30 min. Considering that the technique doesn’t generates waste, it was decided to use the ultrasound tests for regeneration cycles. The regeneration test time in ultrasound bath showed that for contact times of 30, 40, 50 and 60 min the regeneration was very similar. Thus, for testing cycles of sorption-regeneration, the used contact time was 30 minutes. The regeneration cycle tests showed that after six (6) cycles of regeneration efficiency of the solid sorbent was 67.8% and the removal of BPA obtained at the end of these cycles was 60.9%. Regarding characterization of the sorbent, the micrographs showed that the activated carbon before and after cycles of sorption/regeneration (S/R), has very irregular, heterogeneous and disordered surfaces with high porosity. Tests carried out in a pilot plant adsorption showed the technical viability of application of the activated carbon for removal of bisphenol in continuous processes, thus it is possible to obtain operating conditions and the breakthrough curve for this system. These results indicate that the fixed bed adsorption presents best results in the following conditions: feed flow rate of 20 mL.min-1, initial concentration of 100 mg.L-1 and 10 g of solid sorbent.