Adsorção sobre carvão ativado

Introdução:

Conforme explicado no texto Carvão Ativado, esse material é constituído basicamente de carbono e possui milhares de pequeninos poros em sua estrutura, o que lhe dá uma grande capacidade de adsorção, ou seja, as moléculas de gases e líquidos de outras substâncias ficam retidas em sua superfície. Visto que possui tantos poros, a sua enorme área de superfície fornece vários lugares de ligação.

A adsorção pode ocorrer de duas maneiras: química ou física. A adsorção química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, principalmente covalentes, e a adsorção física ou fisissorção ocorre por meio de interações intermoleculares do tipo Van der Waals, como a força de dipolo induzido e a de dipolo permanente.

Assim, o carvão ativado é usado em uma infinidade de áreas com o objetivo de remover cor e odor de determinados materiais por meio da adsorção. Algumas dessas áreas são: purificação de água, tratamento do ar contra gases poluidores, como em filtros de indústrias; no tratamento de resíduos industriais, como a reciclagem de águas industriais; na indústria farmacêutica, na indústria química, tratamento de efluentes, catálise, na indústria alimentícia e na adsorção de gases, sendo que um exemplo muito comum é ao retirar odores de geladeiras.

O carvão vegetal também pode ser usado para retirar cor e odor dos materiais por meio da adsorção, pois ele também é poroso. No entanto, ele é menos eficiente, pois a porosidade do carvão ativado é bem maior. O carvão ativado é produzido por meio de materiais orgânicos, tais como madeira, casca de coco, bagaço de cana-de-açúcar, palha de milho, casca de arroz, entre outros. Essas matérias-primas são carbonizadas em atmosfera inerte e depois passam por um tratamento térmico e/ou químico. Faz-se a ativação, que é a retirada de materiais que estejam obstruindo os poros.

Visto que o carvão é tão usado no cotidiano, nos laboratórios e em atividades industriais, trata-se de um assunto importante que os alunos precisam saber. Portanto, a atividade a seguir pretende demonstrar visualmente como ocorre a purificação dos materiais por meio da adsorção sobre o carvão ativado.

Materiais e Reagentes:

• Funil de vidro simples;

• Tubo de ensaio;

• Estande de tubos de ensaio;

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• Papel de filtro;

• Bastão de vidro;

• Béquer;

• Água;

• Vinagre;

• Leite com achocolatado;

• Refresco em pó de uva ou de morango;

• Carvão ativado (pode ser obtido em lojas de produtos aquáticos ou em casas de materiais de construção);

• Colher.

Procedimento Experimental:

1. Coloque o papel de filtro no funil e acople-o ao tubo de ensaio;

2. Coloque cerca de duas colheres de carvão ativado (bem granulado) no papel de filtro;

3. Com o auxílio do bastão de vidro, despeje a mistura de leite com achocolatado, realizando a filtração;

4. Observe a cor e o cheiro do filtrado obtido;

5. Repita esse procedimento, realizando a filtração do vinagre e do refresco preparado com água;

6. Se desejar, o professor poderá também realizar esse mesmo experimento utilizando carvão vegetal bem triturado para comparar o resultado com o feito com carvão ativado.

Resultado e Discussão:

O filtrado obtido, em geral, é uma água incolor sem o cheiro inicial. A questão do odor é bem identificada quando o experimento é realizado com vinagre, e a intensidade da cor diminui bastante quando se utiliza o refresco.

Além da alta porosidade do carvão ativado, que disponibiliza uma área superficial maior de interação entre os corantes, por exemplo, com os poros do carvão, outro fator ainda aumenta essa capacidade de purificação, que é o fato de os compostos orgânicos presentes nessas soluções possuírem propriedades hidrofóbicas, além de, por outro lado, também possuírem grande afinidade com o carvão.

Aqui tivemos uma adsorção realizada com soluções aquosas, cujas moléculas são adsorvidas principalmente nos mesoporos do carvão, isto é, em poros com diâmetro entre 2 e 50 nanômetros. Já no caso dos odores que são adsorvidos nas geladeiras, por exemplo, ocorre algo semelhante: o odor é proveniente de substâncias voláteis que vêm do alimento que se decompõe. Essas moléculas sofrem adsorção nos microporos do carvão – poros com diâmetro menor que 2 nanômetros.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química