Síntese de material adsorvente de gás sulfídrico a partir de resíduos de mineração

Abstract

O gás sulfídrico (H²S) é incolor e possui odor de ovo podre, elevado teor de toxicidade e alto potencial de corrosividade. A degradação da matéria orgânica de águas residuárias por bactérias anaeróbias tem como um dos subprodutos o H²S. Desta forma, em sistemas de esgotamento sanitário há a produção de H²S, cuja emissão precisa ser controlada. Materiais adsorventes são muito empregadas para este fim. Visando obter produto adsorvente de custo módico comparado com os produtos comerciais, teve-se como objetivo sintetizar um material sólido granular a partir de resíduos sólidos industriais. Esses novos materiais foram caracterizados físico-quimicamente e avaliou-se o seu uso na adsorção de H²S de biogás de esgoto sanitário. A produção do novo adsorvente foi realizada através de geopolimerização. A avaliação das características específicas do material adsorvente foi realizada através de análises físico-químicas como pH, grupos básicos, densidade aparente, teor de umidade, teor de cinzas, número de iodo, análise da curva granulométrica, índice de resistência ao impacto, análise da resistência a compressão mecânica (tensão x deformação) e área superficial específica ao azul de metileno. Foi feita a avaliação da cinética de adsorção aplicadas a remoção de H²S, por meio de testes dinâmicos feitos em coluna de volume total igual a 70 cm³ submetido a uma taxa de aplicação superficial de cerca de 500 m³ m-² h -¹ , sendo a concentração de H²S no biogás de 1868,80 ppm ± 153,28 ppm. Os volumes de material adsorvente testados variaram de 2 cm³ a 20 cm³ (massa de 6,60 g a 24,86 g). A partir dos resultados dos testes dinâmicos em coluna, obteve-se isotermas de adsorção a partir dos métodos de Freundlich, Langmuir, Dubinin-Radushkevich, Sips, Toth, Redlich-Peterson e BET aplicadas à remoção de H²S. Também, analisaram-se as isotermas em relação a classificação de Gilles onde a mesma se comportou como tipo H3 e a classificação obtida por Brunauer foi tipo I. Conclui-se que o novo material desenvolvido é granular (diâmetro médio dos grãos = 4,045 mm ± 1,153 mm, diâmetro efetivo = 0,954 mm ± 0,210 mm), mediamente uniforme (CU = 8,08 ± 3,00), bem graduado (CC = 1,9 ± 0,6) e alcalino (pH = 12,005 ± 0,740 e grupos básicos = 4,163 mEq g-¹ ± 0,085 mEq g-¹ ), tem baixo teor de umidade (0,129% ± 0,096%), média densidade aparente (1,476 kg m-³ ± 0,162 kg m-³ ), elevada quantidade de microporos (número de iodo = 1075,069 mg g-¹ ± 118,343 mg g-¹ , representando 77% do volume total de poros), elevada área superficial (variou de 139 m² g - ¹ a 1075 m² g -¹ ), elevada resistência ao impacto (com mediana de 167), material rígido de elevada resistência mecânica (módulo de elasticidade: 16904,200 t mm-³ ± 1087,902 t mm³ , limite de resistência: 27,692 MPa ± 4,792 MPa, limite de ruptura: 0,630 MPa ± 0,519 v MPa) e elevada condutividade hidráulica (1,24 cm s-¹ ± 0,51 cm s-¹ ). A análise das isotermas revelaram que o material sintetizado tem elevada afinidade com o H2S, sendo o modelo de Sips (combinação dos modelos de Freundlich e Langmuir) é o que melhor representou os resultados experimentais. Analisando os resultados dos testes cinéticos por meio do método das velocidades iniciais, verificou-se que a ordem da reação variou de 1,6 a 21,0 e concluiu se que quanto maior a massa do material usada, maior é a velocidade de adsorção. Portanto, o adsorvente granular de caráter básico, com distribuição mediamente uniforme, de baixo custo é um produto sustentável de elevada capacidade de adsorção de H²S em microporos, podendo contribuir para a purificação de biogás e, consequente, aproveitamento energético renovável no Brasil.