Cinquième exercice On considère la figure ci-contre où :

Como referido no início deste capítulo, a utilização dos carvões ativados remonta ao ano de 5730 a.C. onde o carvão vegetal era usado na redução de minérios durante a produção do bronze, como combustível doméstico e em aplicações medicinais. À medida que o conhecimento das propriedades destes materiais foi sendo aprofundado, o leque das suas aplicações foi substancialmente alargado.

Apesar da primeira aplicação industrial dos carvões ativados ter sido na refinação do açúcar (no início do século XIX), foi durante a Primeira Guerra Mundial que se acentuou o seu desenvolvimento, pelo uso em máscaras de gás utilizadas para proteção dos soldados contra o cloro, o fosgénio e o gás mostarda. Desde então, novos materiais têm sido desenvolvidos estando, atualmente, a sua utilização intrínseca no quotidiano da sociedade.

Os setores onde se verifica uma maior aplicação de carvões ativados são, por ordem decrescente: tratamento de águas, indústria petroquímica, farmacêutica e alimentar, purificação de ar e de gases e recuperação de solventes. As crescentes exigências ambientais, associadas, não só mas também, à industrialização dos países, têm conduzido a um grande desenvolvimento destas aplicações, em especial nos casos de tratamento de águas e gases. Tal traduziu-se num crescimento muito acentuado do consumo de carvões ativados (Przepiórski, 2006).

Carvões Ativados Capítulo IV

53 As elevadas áreas superficiais e capacidades de adsorção são características que permitem que os carvões ativados sejam aplicados com sucesso tanto em processos em fase líquida como em fase gasosa, como se exemplifica na Tabela IV. 2.

Tabela IV. 2 Aplicações industriais dos carvões ativados (Przepiórski, 2006).

Campo de Aplicação Aplicações mais comuns

Adsorção em fase líquida

Tratamento de água potável Remoção de compostos orgânicos dissolvidos, chumbo, cloro, cor, controlo do sabor e odor

Indústria alimentar Descolorização de açúcares líquidos (glucose, maltose)

Refrigerantes e cervejas Remoção de cloro e contaminantes orgânicos dissolvidos de águas potáveis, após desinfeção com cloro

Indústria farmacêutica Purificação e separação de antibióticos, vitaminas, hormonas, etc. Semi-condutores Produção de água com pureza ultra-pura

Petroquímica

Remoção de óleo e contaminações com hidrocarbonetos de condensadores de vapor reciclados para águas de alimentação de caldeiras

Águas subterrâneas Redução de halogenetos orgânicos totais adsorvíveis em reservas industriais de águas subterrâneas contaminadas

Águas residuais industriais Tratamento de efluentes para atender às legislações ambientais Piscinas Remoção de ozono residual e controlo dos níveis de cloroamina

Adsorção em fase gasosa

Recuperação de solventes Controlo das emissões de vapor e recolha de solventes orgânicos Dióxido de carbono Purificação do dióxido de carbono dos processos de fermentação Respiradores industriais Adsorção de vapores orgânicos e de gases inorgânicos

Eliminação de desperdícios Remoção de metais pesados e dioxinas dos gases de combustão formados durante a incineração de desperdícios variados

Cigarros Remoção de algumas substâncias perigosas (nicotina e alcatrão) Ar condicionado Remoção de contaminantes de ar sujeito a aquecimento, ventilação, e

ar condicionado em aeroportos, escritórios e hospitais Semi-condutores Produção de ar com pureza ultra-alta

Remoção de gases tóxicos Purificação de gases industriais Desodorizantes frigoríficos Remoção de odores dos alimentos

O tratamento de águas industriais é um dos principais setores de aplicação dos carvões ativados granulares e em pó. Estes adsorventes são assim usados em diversas indústrias: química e farmacêutica, petroquímica, têxtil, metalomecânica e de fabrico de pasta de papel. O tratamento de águas industriais envolve o tratamento de compostos muito variados, incluindo desde compostos orgânicos biodegradáveis a substâncias químicas que podem ser tóxicas para os micro-organismos do tratamento biológico convencional (ex. pesticidas, compostos farmacêuticos e produtos de cuidado pessoal), metais, entre outros. A variedade de poluentes existentes em águas industriais, leva a que a sua remoção nas estações de tratamento de águas residuais (ETARs), seja um processo complexo, ilustrado de forma esquemática na Figura IV. 8, e onde os carvões granulares e em pó são utilizados como um tratamento terciário.

Capítulo IV Carvões Ativados

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Figura IV. 8 Aplicações características do uso de carvões ativados (PAC e GAC) em estações de tratamento de

águas potáveis (adaptado de Karanfil, 2006).

Sempre que a composição e concentração dos contaminantes da água apresentam variações consideráveis é recomendado o uso do carvão em pó. Nos casos em que a contaminação da água é mais ou menos constante é favorecido o uso de carvões granulares em colunas de adsorção colocadas, de uma forma geral, depois da filtração e antes da oxidação/desinfeção. Este tipo de utilização dos carvões granulares funciona durante longos períodos de tempo (meses) o que poderá conduzir ao desenvolvimento de alguma atividade biológica no interior do carvão. Este inconveniente poderá ser ultrapassado pela modificação das condições de operação, para que as bactérias formadas eliminem também a matéria orgânica natural por oxidação, formando dióxido de carbono, ou a decomponham em compostos de menor peso molecular (Graham, 1999).

Para além das aplicações como adsorventes, os carvões ativados podem igualmente ser usados como catalisadores, ou como suporte de catalisadores, num vasto número de reações (Rodríguez-Reinoso e Sepúlveda-Escribano, 2001). Nos últimos anos tem-se verificado ainda o desenvolvimento de uma nova aplicação para estes materiais no campo do armazenamento de energia. Neste contexto o setor eletrónico tem apostado em super-condensadores de nova geração que são baseados em carvões ativados como material de elétrodo (Frackowiak e Béguin, 2001).

As crescentes preocupações com a qualidade da água irão, provavelmente, manter a um nível elevado a procura de carvão ativado por parte das ETARs sendo mesmo, em alguns países, obrigatório o tratamento de águas resíduais com carvões ativados. Além disso, a necessidade de tratamentos adicionais aumentará a procura de carvões ativados para reciclagem de água, especialmente nos municípios e nas fábricas. A indústria farmacêutica constitui igualmente um mercado emergente, devido à necessidade de obtenção de medicamentos com um grau de pureza cada vez mais elevado. Associado a todas estas aplicações em fase líquida, prevê-se também um aumento da procura de carvões ativados para separações em fase gasosa (Przepiórski, 2006). Deste modo, espera-se que o consumo

GAC

PAC

Descarga Clarificador _{convencionalmente}Lamas activadas

Clarificador

Carvões Ativados Capítulo IV

55 mundial de carvões ativados continue a aumentar, estando previsto que atinga 2,3 milhões de toneladas até 2017, prevendo-se um crescimento mais acentuado nos Estados Unidos e nos países asiáticos (Global Industry Analysts, 2014).