Otimização do processo de ativação química de vermiculita expandida por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR)

Abstract

A água é o bem mais precioso para a manutenção da vida na Terra, porém nem todos têm acesso à água limpa, tratada. A quantidade de nitrogênio amoniacal em mananciais do Brasil tem aumentado devido à falta de saneamento básico e ao não cumprimento de leis vigentes. Dentre os materiais encontrados no país, a vermiculita quimicamente ativada se apresenta como opção promissora para remoção de nitrogênio amoniacal de águas destinadas ao consumo humano. Porém o processo de ativação é realizado com excesso de insumos que são nocivos ao meio ambiente. O objetivo do trabalho foi otimizar o processo de ativação da vermiculita, a fim de se obter a melhor capacidade adsortiva, utilizando o mínimo de insumos para diminuir a geração de efluentes. Para a otimização da ativação de vermiculita, foi realizado um planejamento fatorial 22, no qual foi feita uma modelagem inicial com as variáveis selecionadas previamente. Por meio do método dos mínimos quadrados, foi gerado um modelo linear, a partir do qual foi produzida uma superfície plana. Após identificar a inflexão na superfície plana, foi realizado um planejamento composto central, a partir do qual foi obtido um modelo quadrático que se adequou aos dados experimentais e que possibilitou a modelagem quadrática a fim de se encontrar o ponto ótimo da capacidade adsortiva de vermiculita ativada. Por fim, foram realizados experimentos nas condições ótimas de ativação química de vermiculita e os valores obtidos foram comparados com os previstos pelos modelos. Desse modo, foram obtidos gráficos e indicadores estatísticos que comprovam o ajuste do modelo quadrático aos dados experimentais obtidos. Portanto, a ativação de vermiculita expandida com HNO3 apresentou resultados promissores, como o melhor valor de capacidade adsortiva, utilizando o mínimo de ácido possível.

Water is the most precious asset for the maintenance of life on Earth, but not everyone has access to clean, treated water. The amount of ammoniacal nitrogen in springs in Brazil has increased due to lack of basic sanitation and non-compliance with current laws. Among the materials found in the country, chemically activated vermiculite presents itself as a promising option for the removal of ammoniacal nitrogen from water intended for human consumption. However, the activation process is carried out with excess inputs that are harmful to the environment and not economically viable. The objective of the work is to optimize the vermiculite activation process, in order to obtain the best adsorptive capacity, using the minimum of inputs to reduce the generation of effluents. For the optimization of vermiculite activation, a 22 factorial design was carried out, from which an initial modeling was carried out with the previously selected variables. Using the least squares method, a linear model was generated, from which a flat surface was produced. After identifying the inflection on the flat surface, a central composite design was carried out, from which a quadratic model was obtained that was adapted to the experimental data and that made possible the quadratic modeling in order to find the optimal point of the adsorptive capacity of activated vermiculite. Finally, experiments were carried out under optimal conditions of chemical activation of vermiculite and the values obtained were compared with those predicted by the models. In this way, graphs and other statistical indicators were obtained that prove the fit of the quadratic model with the experimental data obtained. Therefore, the activation of expanded vermiculite with HNO3 showed promising results, such as the best value of adsorptive capacity, using as little acid as possible.