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Title in Portuguese: Avaliação das resinas de troca iônica (Amberlite IRA 67 e IRA 96) para adsorção de ácido lático obtido a partir do glicerol em coluna de leito fixo
Title: Evaluation of ion exchange resins (Amberlite IRA 67 and IRA 96) for adsorption of lactic acid obtained from glicerol in bed fixed column
Author: Ferreira, Bruno Burnier Arcanjo
Advisor(s): Vieira, Rodrigo Silveira
Co-advisor(s): Silva Júnior, Ivanildo José da
Keywords: Engenharia química
Adsorção
Troca iônica
Acido lático
Issue Date: 23-Jun-2017
Citation: FERREIRA, B. B. A. Avaliação das resinas de troca iônica (Amberlite IRA 67 e IRA 96) para adsorção de ácido lático obtido a partir do glicerol em coluna de leito fixo. 2017. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: O ácido lático apresenta-se como uma das principais substâncias que pode ser obtida a partir da conversão química do glicerol via catálise heterogênea. Grande atenção tem sido dada atualmente à sua utilização na indústria de polímeros. Os monômeros da molécula de ácido lático podem ser usados para produção do poli ácido lático que tem aplicações como plásticos biodegradáveis. Assim, é importante o estudo e a otimização dos processos de produção, recuperação e purificação do ácido lático. Uma tecnologia bastante promissora na separação e recuperação de ácido lático consiste na cromatografia por troca iônica, onde são utilizadas resinas de troca iônica que podem ser facilmente regeneradas. Das vantagens que a cromatografia apresenta sob outros processos, pode-se destacar a redução no consumo de energia, volume de efluentes e consumo de químicos. O objetivo desse trabalho foi realizar um estudo sobre a adsorção de ácido lático (obtido da conversão do glicerol resultante da produção de biodiesel) por cromatografia de troca iônica pelas resinas Amberlite IRA 67 e IRA 96. Foram obtidas curvas de ruptura com diferentes concentrações de alimentação de ácido lático (40 - 160 g/L) e a partir delas foram construídas as isotermas de adsorção nas temperaturas de 30 °C, 40 °C e 60 °C. Com os dados de concentração de ácido lático para cada condição estudada, foi feito o ajuste do modelo de isoterma de adsorção de Lamgmuir e de Henry. Foram também realizados estudos sobre a separação e purificação em coluna de leito fixo com soluções monocomponentes de ácido lático, soluções monocomponentes de glicerol, misturas binárias (ácido lático e glicerol) e solução real obtida da conversão química do glicerol (via catálise heterogênea). O modelo de Força Motriz Linear (LDF) foi empregado para reproduzir o comportamento das curvas de ruptura e para estimar parâmetros de transferência de massa, utilizando o software comercial gPROMS. Foi possível concluir que a aplicação da metodologia proposta para separação do ácido lático em coluna de leito fixo apresentou melhores resultados quando foi utilizada a temperatura de 30 °C em ambos os adsorventes. Contudo, a resina Amberlite IRA 96 foi o adsorvente que mostrou melhores resultados quanto à capacidade de adsorção e recuperação do ácido lático após a etapa de eluição nos ensaios de adsorção e dessorção, apresentando valores de 33,1% (solução monocomponente), 34,2% (mistura binária) e 22,9% (solução real). Ambas as resinas não adsorveram o glicerol, não apresentando afinidade por esta molécula. O modelo aplicado para obtenção das curvas de ruptura simuladas para o ácido lático sob diferentes condições de concentração e temperatura, previu bem os dados experimentais.
Abstract: Lactic acid is one of the main substances that can be obtained from the chemical conversion of glycerol via heterogeneous catalysis. Great attention has now been given to its use in the polymer industry. Monomers of the lactic acid molecule can be used for the production of poly lactic acid which has applications as biodegradable plastics. Thus, it is important to study and optimize lactic acid production, recovery and purification processes. A very promising technology in the separation and recovery of lactic acid consists of ion exchange chromatography, where ion exchange resins that can be easily regenerated are used. Of the advantages that the chromatography presents displays under other processes, it is possible to emphasize the reduction in the consumption of energy, volume of effluents and consumption of chemicals. The aim of this work was to perform a study on the adsorption of lactic acid (obtained from the conversion of glycerol resulting from the production of biodiesel) by ion exchange chromatography using Amberlite IRA 67 and IRA 96 resins. Adsorption isotherms were constructed at temperatures of 30 °C, 40 °C and 60 °C from the breakthrough curves obtained with different concentrations of lactic acid (40 - 160 g/L). With the data of lactic acid concentration for each studied condition, the adjustment of the adsorption isotherm model of Lamgmuir and Henry was made. Studies were also carried out on the separation and purification of a fixed bed column with lactic acid monocomponent solutions, glycerol monocomponent solutions, binary mixtures (lactic acid and glycerol) and real solution obtained from the chemical conversion of glycerol (via heterogeneous catalysis). The Linear Driving Force (LDF) model was used to reproduce the behavior of the breakthrough curves and to estimate mass transfer parameters using commercial gPROMS software. It was possible to conclude that the application of the proposed methodology for separation of lactic acid in fixed bed column presented better results when the temperature of 30 °C in both adsorbents. However, the Amberlite IRA 96 resin was the adsorbent that showed the best results regarding the adsorption capacity and recovery of the lactic acid after the elution step in the adsorption and desorption tests, presenting values of 33.1% (single-component solution), 34, 2% (binary mixture) and 22.9% (real solution). Both resins did not adsorb the glycerol and did not have affinity for this molecule. The model applied to obtain the simulated breakthrough curves for lactic acid under different concentration and temperature conditions predicted the experimental data well.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/25554
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