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Document Type: Dissertação
Title: Utilização de zeólita NH4 -Y como adsorvente de bário em água produzida : estudo cinético e termodinâmico
Other Titles: USE OF ZEOLITE NH4-Y AS ADSORBENTS BARIUM IN PRODUCED WATER: thermodynamic and kinetic study.
Authors: Barbosa, Cintya D´angeles do Espirito Santo
Issue Date: 30-Mar-2011
Advisor: Garcia, Carlos Alexandre Borges
Resumo : Nas últimas décadas, com avanço das pesquisas e do conhecimento na área de tratamento de efluentes aquosos, a adsorção passou a ser utilizada como uma operação unitária importante, apresentando-se como uma alternativa importante e economicamente viável em muitos casos. Diante do exposto, o objetivo principal deste trabalho é estudar o potencial da utilização de zeólita NH4-Y como adsorvente de bário proveniente da água produzida, através de um estudo cinético e termodinâmico. Os resultados obtidos evidenciaram que a água produzida dos campos onshore de siririzinho/SE, é salina e contém elevadas concentrações de íons potássio, sódio, cálcio e magnésio, sulfato. O seu pH esteve próximo da neutralidade. Foi observado também à presença dos cátions bário e estrôncio em concentrações razoavelmente elevadas. De forma geral, observou-se nos espectros de infravermelho das incrustações bandas compatíveis com a presença de uma mistura de resíduos de óleo e de componentes minerais. Os difratogramas das amostras de incrustações sugerem a presença de montmorillonita, quartzo, calcita e barita. Nos espectros de infravermelho da zeólita NH4 Y as bandas mais predominantes ocorreram nas faixas de 1250 a 950 cm-1 e 790 a 650 cm-1, indicando o modo de estiramento assimétrico (←OTO←) e o modo de estiramento simétrico (←OTO←), respectivamente. Através dos difratogramas da zeólita NH4 Y pode-se observar que a amostra é formada por um material com estrutura do tipo faujasita com alto grau de pureza. A curva termogravimétrica da zeólita NH4 Y apresentou três principais etapas de decomposição, sendo que a porcentagem residual do material zeólitico foi de 72,5%. A curva obtida da experiência de determinação do pH do ponto de carga zero(pHPCZ) demonstrou que o pHPCZ experimental foi de 6,07. No estudo do efeito da massa na adsorção de bário pela zeólita NH4 Y observou-se que a porcentagem de remoção aumenta significantemente com o acréscimo da massa. Através dos resultados de competição iônica, pode-se perceber que a presença de outros íons diferentes do bário na água produzida afeta consideravelmente sua capacidade de adsorção. As curvas cinéticas evidenciaram que a capacidade de adsorção aumenta com o tempo de contato e esses valores foram maiores com o aumento da concentração inicial. Dos modelos cinéticas utilizados neste trabalho através das metodologias linear e não-linear pode-se notar que os dados cinéticos se ajustam melhor ao modelo cinético exponencial de Avrami. Observou-se que a difusão intraparticula não é o fator determinante no processo de adsorção de bário pela zeólita NH4 Y. Dentre as isotermas de adsorção testadas neste trabalho aquela que os dados se ajustaram melhor foi o de Sips. Os parâmetros termodinâmicos do processo de adsorção de bário pela zeólita NH4 Y calculados pelo método indireto de van´t Hoff e dos dados isotérico, evidenciaram que o processo é favorecido para temperaturas mais elevadas. Foram obtidos valores negativos de ΔG indicando que as interações são espontâneas, valores de entropia de adsorção (ΔS) tendenciado para valores positivos com o aumento da temperatura obtidos pela equação de van´t Hoff, e positivos para aqueles obtidos pelos dados isostérico, indicando que o processo tende a uma maior desorganização, e por fim valores de entalpia ΔH tendenciado para valores positivos com o aumento da temperatura pela equação de van´t Hoff, e positivo pelos dados isostérico, indicando que de modo geral a adsorção de bário pela zeólita NH4 Y é um processo de natureza endotérmica. Testes iniciais utilizando amostra de água produzida real evidenciaram que a capacidade de adsorção de bário de efluentes reais é menor do que aquelas realizadas em sistemas sintéticos. Os ensaios de adsorção apresentaram-se como promissores para aplicação da zeólita NH4 Y na indústria do petróleo como método secundário no tratamento de água produzida.
Abstract: In the last decades, with progress of the researches and of the knowledge in the area of aqueous effluent treatment, the adsorption became used as an important unitary operation, coming as an alternative important and economically viable in many cases. Before the exposed, the main objective of this work is to study the potential use of the NH4Y zeolite as adsorbent of originating from barium the produced water, through a kinetic and thermodynamic study. The obtained results evidenced that the produced water of the fields of Siririzinho/SE onshore, it is saline and it contains high concentrations of the ions: potassium, sodium, calcium, magnesium, and sulfate. The pH was close of the neutrality. It was also observed to the presence of the cations barium and strontium in concentrations reasonably high. In a general way, it was observed in the infrared spectra of the incrustation samples, bands compatible with the presence of a mixture of oil residues and of mineral components. The X-ray diffractograms patterns of incrustation samples suggest the presence of montmorillonite, quartz, calcite and barite. In the infrared spectra of NH4Y zeolite, the most predominant bands happened in the range of 1250 to 950 cm-1 and 790 to 650 cm-1, indicating asymmetrical stretching mode (←OTO←) and symmetrical stretching mode (←OTO←), respectively. Through the diffraction patterns of the NH4Y zeolite can observe that the sample consists of material with a faujasite-type structure with high purity. Thermogravimetric curve of NH4Y zeolite presented three main stages of decomposition, and the percentage of residual material zeolite was 72.5%. The obtained curve from the experiment for determining the pH of zero point of charge (pHPCZ) showed that the experimental pHPCZ was 6.07. To study the mass effect on barium adsorption by NH4Y zeolite was observed that the percentage removal increases significantly with increasing mass. Through the results of ion competition, we can see that the presence of other ions (different of barium) in produced water considerably affects its adsorption capacity. The kinetic curves showed that the adsorption capacity increases with contact time and these values were higher with increasing initial concentration. Kinetic models used in this work through the methodologies linear and nonlinear can be noted that the kinetic data best fit to the exponential kinetic model of Avrami. It was observed that the intraparticle diffusion is not the determining factor in the barium adsorption process by NH4Y zeolite. Among the equilibrium isotherms tested the data was best fitted to Sips. The thermodynamic parameters of barium adsorption by zeolite NH4Y calculated by the indirect method of van't Hoff and isosteric data, showed that the process is favored for higher temperatures. We obtained negative values of ΔG indicating that the interactions are spontaneous, entropy values of adsorption (ΔS) tendency to positive values with increasing temperature obtained by the van't Hoff equation, and positive for those obtained by isosteric data, indicating that the process tends to greater disorganization, and finally values of enthalpy ΔH tendency towards positive values with increasing temperature by the van't Hoff equation, and positive for the isosteric data, indicating that in general the barium adsorption by NH4Y zeolite is an endothermic process in nature. Initial tests using real water samples produced showed that the adsorption of barium effluent is less real than those realized in synthetic systems. The adsorption tests were presented as promising for the application of zeolite NH4Y in the oil industry as a secondary method for the treatment of produced water.
Keywords: Adsorção
Bário
Água produzida
Zeólita NH4 Y
Adsorption
Barium
Produced water
NH4Y zeolite
Subject CNPQ: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Language: por
Country: BR
Publisher / Institution : Universidade Federal de Sergipe
Institution: UFS
Program Affiliation: Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: https://ri.ufs.br/handle/riufs/6158
Appears in Collections:Mestrado em Química

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