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Abstract:
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Os compostos orgânicos voláteis (COV) são uma importante classe de poluentes do ar, uma vez que incluem a maioria dos solventes e combustíveis em geral, sendo comumente emitidos tanto por fontes fixas quanto por fontes móveis, principalmente como resultado da queima de combustíveis fósseis. Além dos aspectos ligados à toxicidade, muitos COV estão relacionados à questão odorante uma vez que, deste grupo, fazem parte compostos químicos com baixo limite de percepção odorante, como mercaptanas, aldeídos, acrilatos, fenóis e ácidos carboxílicos. Os COV participam ainda na formação do "smog" fotoquímico sendo, juntamente com os NOX, um dos principais precursores do ozônio troposférico. Por estes e outros exemplos, o tratamento de gases desta natureza torna-se imprescindível por afetar não apenas a saúde humana mas todo o ecossistema de forma geral, direta ou indiretamente. A adsorção tem sido largamente empregada no tratamento (ou simplesmente concentração) de COV há vários anos. Neste caso, os adsorventes carbonados (à base de carbono) estão entre as melhores opções, pela boa afinidade que apresentam com compostos orgânicos, além de baixo custo e disponibilidade. O presente trabalho utilizou metodologias analíticas convencionais para avaliar uma variedade de nanotubo ainda não utilizada na purificação de correntes gasosas contaminadas com COV. O nanotubo em questão é o "cup-stacked" (CSCNT - cup-stacked carbon nanotube), que consiste de múltiplas camadas de grafeno arranjados em forma de cone; a principal vantagem do "cup-stacked" é o baixo custo de síntese em relação ao "single" e "multi-wall" (formas de nanotubos mais comumente produzidas). Neste trabalho, utilizou-se o Carbotrap, adsorvente de carbono grafitizado convencionalmente utilizado em amostragem do ar, como suporte do "cup-stacked". O adsorvente-parâmetro de comparação do desempenho do CSCNT foi o próprio Carbotrap (sem o nanotubo). As metodologias de amostragem e análise empregadas compreendem a coleta de gases por bombeamento (amostragem ativa) em cartuchos (tubos, contendo o material adsorvente) com posterior análise por cromatografia gasosa e espectrometria de massa (CG/EM), de acordo com o Método TO-17 da USEPA. Foi avaliada a capacidade de adsorção de cada adsorvente bem como suas capacidades de saturação para cada uma das concentrações trabalhadas com os dois adsorbatos utilizados (1, 5, 20 e 35 ppm de tolueno e fenol). Na modelagem das curvas massaxtempo utilizou-se o modelo da força motriz linear (LDF - linear driving force). A metodologia proposta para determinação das curvas massa tempo mostrou-se ser de fato aplicável a análises desta natureza (o aspecto final das curvas obtidas foi bastante similar ao de uma curva de ruptura clássica). Em relação ao desempenho dos adsorventes, o NTC obteve clara vantagem em relação ao Carbotrap; os valores das capacidades de saturação para o NTC foram, em média, 67% superiores aos obtidos para o Carbotrap. No ajuste das curvas teóricas às experimentais, as curvas obtidas a partir dessas simulações se ajustaram relativamente bem aos dados obtidos experimentalmente, validando o modelo teórico proposto. Os resultados demonstraram que as contribuições devido à transferência de massa no filme externo e difusão superficial foram muito pequenas, prevalecendo a difusão intraparticular. Volatile organic compounds (VOC's) are an important category of air pollutants, once they include most of solvents and fuels derivated from petroleum, emitted by stationary (facilities) and mobile (vehicles) sources. Besides their toxicity, VOC's are related to odours, once their presence cause an unpleasant smell even at very low concentrations. These compounds include volatile organic compounds (VOC's, like hydrocarbons - aliphatic and aromatic), alcohols, ketones, organic acids, etc. and inorganic compounds, like hydrogen sulphide (H2S), mercaptans, ammonia (NH3), etc., most of them with a strong bad smell. Together the NOx, VOC's are still associated to photochemical ozone production. So, from an environmental point of view, it's necessary to limit and control vapor emissions because they affect the change of climate, the growth and decay of plants and mainly, the health of humans and animals. Adsorption has been employed in treatment (or simply concentration) of VOC's in environmental or industrial samplings using a several kind of adsorbents. Due to the porous structure, actived coal are very used for this purpose, because their good affinity for organic compounds, low cost and high availability. The current study used ordinary analytical methodologies to evaluate the properties of a nanotube not applied in the adsorption of VOC's yet: the cup stacked (or CSCNT - cup-stacked carbon nanotube), a stacking morphology of truncated conical graphene, with large amounts of open edges on the outer surface and empty central channels; one of the advantages of the CSCNT is it low cost when compared with single and multi-wall nanotubes (the most commonly used). This work used a Carbotrap (a well-known graphitized carbon black) bearing a cup-stacked structure; for comparison, it was used only Carbotrap as reference (without the cup stacked). The sampling and analysis stage included a standardized method by U.S. Environmental Protection Agency (Method TO-17) where the VOC's are carried out by adsorption in two adsorbents (Carbotrap and the composite: Carbotrap+CSCNT) to analyze in gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). It was evaluated the retention and saturation capacities of both adsorbents to each concentration worked (1, 5, 20 e 35 ppm of toluene and phenol). The LDF model (linear driving force) was used in the simulation of the experimental curves. The proposed methodology to get the mass time curves showed to be suitable (the final curves were very similar to the conventional breakthrough curves). The NTC performance was bigger than Carbotrap; the saturation capacities for NTC was 67% up to Carbotrap (average values). The theoric curves were finely fit to experimental curves, according to proposed model (linear driving force model). The results showed that external mass transfer and surface diffusion were too small, prevailing the internal mass diffusion. |
