Remoção de óleo da emulsão de óleo/água por Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8): Um estudo de pH e cinética de adsorção
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i14.22162Palavras-chave:
Zeolitic imidazolate frameworks; Nanocristais; Emulsão óleo/água; Adsorção; Cinética.Resumo
A maioria dos métodos tradicionais são usados apenas para remover óleo livre de águas residuais e não são eficientes para separar emulsões de óleo-água. O processo de separação por adsorção pode ser amplamente aplicado para o tratamento de emulsões, principalmente pelo custo e benefício do processo e pela grande variedade de materiais que podem ser utilizados como adsorventes, por exemplo, carvão ativado, argilas, zeólitas, etc. vários tipos de materiais porosos chamados "Estruturas Metálorgânicas" (MOFs) são as estruturas de imidazolato zeolítico (ZIFs). A estrutura zeolítica dos ZIFs permite exibir altas áreas superficiais específicas e, portanto, ser adsorventes promissores. Para avaliar a capacidade de adsorção do ZIF-8 na remoção do óleo emulsionado, o ZIF-8 foi sintetizado utilizando o Zn metálico e como ligante orgânico 2-metilimidazol (Hmim), dissolvido em metanol à temperatura ambiente. O ZIF-8 foi caracterizado pela técnica de difração de raios X (XRD) para determinar a estrutura cristalina. Para avaliar a capacidade do óleo emulsionado, um teste de influência do pH e cinética química foram determinados. O melhor pH da emulsão para remoção foi pH 6. A cinética química realizada em pH 6 apresentou o melhor ajuste com o modelo de pseudo-segundo com coeficiente de correlação de 0,93. De acordo com os dados cinéticos, um percentual de remoção de 92,43% foi encontrado com apenas 30 minutos de remoção.
Referências
Arthur, J. D., Langhus, B. G., & Patel, C., (2005). Technical summary of oil & gas produced water treatment technologies. All Consulting, LLC, Tulsa.
Awad, A. M., Shaikh, S. M. R., Jalab, R., Gulied, M. H., Nasser, M. S., Benamor, A., & Adham, S. (2019). Adsorption of organic pollutants by natural and modified clays: A comprehensive review. Separation and Purification Technology, 228, 115719. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115719
Barbosa, A. S., Barbosa, A. S., & Rodrigues, M. G. F. (2019). Influence of the methodology on the formation of zeolite membranes MCM-22 for the oil/water emulsion separation. Ceramica, 65(376), 531–540. https://doi.org/10.1590/0366-69132019653762676
Barbosa, A. S., Barbosa, A. S. & Rodrigues, M. G. F. (2015). Synthesis of zeolite membrane (MCM-22/ α -alumina) and its application in the process of oil-water separation. Desalination and Water Treatment, 56, 3665. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.995719
Barbosa, T. L. A. (2019). Síntese das membranas zeolíticas (NaA e SAPO-34 suportadas em alfa-Alumina) e membranas MOF (ZIF-8/alfa-Alumina) visando aplicação preditiva na síntese do metanol via hidrogenação do CO2. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química), Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba.
Barbosa, T. L. A., Silva, F. M. N., Barbosa, A. S., Lima, E. G., Rodrigues, M. G. F. (2020). Synthesis and application of a composite NaA zeolite/gamma-alumina membrane for oil-water separation process ( Síntese e aplicação de uma membrana compósita zeólita NaA/gama-alumina para o processo de separação de óleo/água ). Cerâmica, 66, 137–144. http://dx.doi.org/10.1590/0366-69132020663782820
Bullen, J. C.; Saleesongsom, S.; Gallagher, K.; Weiss, D. (2021). A Revised Pseudo-Second-Order Kinetic Model for Adsorption, Sensitive to Changes in Adsorbate and Adsorbent Concentrations. Langmuir, 37, 3189-3201. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c00142
Chen, B., Bai, F., Zhu, Y., Xia, Y. (2014). A cost-effective method for the synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 materials from stoichiometric precursors via aqueous ammonia modulation at room temperature. Microporous and Mesoporous Materials, 193, 7-14.
https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.03.006
Drioli, E., & Romano, M., (2001). Progress and new perspectives on integrated membrane operations for sustainable industrial growth. Industrial & Engineering Chemistry Research, 40, 1277-1300. https://doi.org/10.1021/ie0006209
Ezzati, R. (2020). Derivation of Pseudo-First-Order, Pseudo-Second-Order and Modified Pseudo-First-Order rate equations from Langmuir and Freundlich isotherms for adsorption. Chemical Engineering Journal, 392, 123705. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123705
Ho Y. S., & Mckay G. (1999). Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochemistry, 34, 451-465. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(98)00112-5
Ho, Y. S., & McKay, G. (1998). Kinetic models for the sorption of dye from aqueous solution by wood. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 76, 183-91. http://doi.org/10.1205/095758298529326
Ho, Y. S., & McKay, G. (1999). Batch lead (II) removal from aqueous solution by peat: equilibrium and kinetics. Process Safety and Environmental Protection. 77, 165-73. http://doi.org/10.1205/095758299529983
Ismail, N. H., Salleh, W. N. W., Ismail, A. F., Hasbullah, H., Yusof, N., Aziz, F., & Jaafar, J. (2020). Hydrophilic polymer-based membrane for oily wastewater treatment: A review. Separation and Purification Technology, 233, 116007. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116007
Li, D., Zhao, Y., Wang, X., Tang, W. N., Wu, F., Yu, D., & Elfalleh, W. (2020). Effects of (+)-catechin on a rice bran protein oil-in-water emulsion: Droplet size, zeta-potential, emulsifying properties, and rheological behavior. Food Hydrocolloids, 98, 105306.
Lin, K. A., Chen, Y., & Phattarapattama, S. (2016). Efficient demulsification of oil in water emulsions using a zeolitic imidazolate framework: Adsorptive removal of oil droplets from water. Journal of Colloid and Interface Science, 478, 97-106.
Melgar, V. M. A., Kim, J., & Othman, M. R. (2015). Zeolitic imidazolate framework membranes for gas separation: A review of synthesis methods and gas separation performance. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 28, 1-15. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.03.006
Mota, M. F., Rodrigues, M. G. F., Machado, F. (2014). Oil-Water Separation Process with Organoclays: A Comparative Analysis. Applied Clay Science, 99, 237-245. http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2014.06.039
Obaid, M., Barakat, N. A., Fadali, O. A., Motlak, M., Almajid, A. A., & Khalil, K. A., (2015). Effective and reusable oil/water separation membranes based on modified polysulfone electrospun nanofiber mats. Chemical engineering Journal, 259, 449-456. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.07.095
Payra, S., Challagulla, S., Chakraborty, C., & Roy, S. A. (2019). Hydrogen evolution reaction induced unprecedentedly rapid electrocatalytic reduction of 4-nitrophenol over ZIF-67 compare to ZIF-8. Journal of Electroanalytical Chemistry, 853, 113545. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.113545
Phan, A., Doonan, C. J., Uribe-Romo, F. J., Knobler, C. B., O’keeffe, M., & Yaghi, O. M. (2010). Synthesis, structure and carbon dioxide capture properties of zeolitic imidazolate frameworks. Accounts of Chemical Research, 43, 58-67. https://doi.org/10.1021/ar900116g
Pintor, A. M. A., Vilar, V. J. P., Botelho, C. M. S., & Boaventura, R. A. R. (2016). Oil and grease removal from wastewaters: Sorption treatment as an alternative to state-of-the-art technologies. A critical review. Chemical Enginering Journal, 297, 229-255. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.121
Rashed, M. N. (2013). Adsorption Technique for the Removal of Organic Pollutants from Water and Wastewater. Organic Pollutants - Monitor, Risk and Treatment.
Rodrigues, D. P. A. (2021). Síntese de estruturas metalorgânicas zeolitic imidazolate framework-8: influência da cristalinidade e aplicação no processo de separação emulsão óleo/água. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba.
Rodrigues, D. P. A., Barbosa, T. L. A., & Rodrigues, M. G. F. (2020). Zeolitic Imidazolate Framework-8 Nanoparticles for Rhodamine B Adsorption. Current Nanomaterials, 6, 1- 8. https://doi.org/10.2174/2468187310999201120091142
Rodrigues, D. P. A., Barbosa, T. L. A., & Rodrigues, M. G. F. (2020). Adsorção de Rodamina B em ZIF-8 e ZIF-67: Efeito nas estruturas. In Engenharia no Século XXI (pp. 16 – 29). http//doi/10.36229/978-65-86127-45-4.CAP.03
Rodrigues, M. G. F., Barbosa, T. L. A., & Rodrigues, D. P. A. (2020). Zinc imidazolate framework-8 nanoparticle application in oil removal from oil/water emulsion and reuse. Journal of Nanoparticles Research, 22, 328-342. https://doi.org/10.1007/s11051-020-05036-w
Rodrigues, M. G. F., Rodrigues, D. P. A., & Barbosa, T. L. A., (2019). Preparação da estrutura metalorgânica ZIF-8 e sua aplicação na separação emulsão óleo/água: utilização e reutilização. In XXI Congreso Argentino de Catálisis e X Congreso de Catálisis del Mercosur.
Rodrigues, M. G. F., Tomaz, P. F., Rodrigues, D. P. A., & Barbosa, T. L. A., (2019). Síntese, caracterização e aplicação de ZIF no processo de separação emulsão Óleo/Água. In XXI Congreso Argentino de Catálisis e X Congreso de Catálisis del Mercosur.
Sann, E. E., Pan, Y., Gao, Z., Zhan, S., Xia, F. (2018). Highly hydrophobic ZIF-8 particles and application for oil-water separation. Separation and Purification Technology, 206,186-191. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.04.027
Shams, M., Dehghani, M. H., Nabizadeh, R., Mesdaghinia, A., Alimohammadi, M., Najafpoor, A. A. (2016). Adsorption of phosphorus from aqueous solution by cubic zeolitic imidazolate framework-8: Modeling, mechanical agitation versus sonication. Journal of Molecular Liquids, 224, 151-157. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.09.059
Scheibler, J. R., Santos, E. R. F., Barbosa, A. S., & Rodrigues, M. G. F. (2014). Performance of zeolite membrane (ZSM-5/γ-Alumina) in the oil/water separation process. Desalination and Water Treatment, 56(13), 3561–3567. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.986536
Tian, Q., Liu, Q., Zhou, J., Ju, P., Waterhouse, Gin, Zhou, S., & Ai, S. (2019). Superhydrophobic sponge containing silicone oil-modified layered double hydroxide sheets for rapid oil-water separations. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 570, 339-346. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.03.031
Tien, C. (1994). Adsorption Calculation and modeling. Boston: Butteworth-Heinemann.
Tomaz, P. F. (2020). Síntese da estrutura metalorgânica ZIF-ZNI para aplicação no tratamento de efluentes oleosos. Dissertação (Mestrado em Química), Universidade Estadual da Paraíba, Paraíba.
Tomaz, P. F., Rodrigues, D. P. A., Barbosa, T. L. A., & Rodrigues, M. G. F. (2021). Zeolitic Imidazolate Framework ZIF-zni nanocrystals used for Oil-water Separation. Current Nanomaterials, 6, 1- 9. https://doi.org/10.2174/2405461506666210420131237
Wahi, R., Chuah, L. A., Choong, T. S. Y., Ngaini, Z., & Nourouzi, M. (2013). Oil removal from aqueous state by natural fibrous sorbent: An overview. Separation and Purification Technology, 113, 51-63. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.04.015
Zhan, B., Liu, Y., Li, S., Kaya, C, Stegmaier, T., Aliabadi, M., Han, Z., & Ren, L. (2019). Fabrication of superwetting Cu/Cu²O cubic film for oil/water emulsion separation and photocatalytic degradation. Applied Surface Science, 496, 143580. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143580
Zhu, Y., Wang, D., Jiang, L., & Jin, J., (2014). Recent progress in developing advanced membranes for emulsified oil/water separation. NPG Asia Materials 6, e101. https://doi.org/10.1038/am.2014.23
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