Otimização da reação fotocatalítica para componentes fenólicos presentes em efluentes petroquímicos
Autor: Michele Colemberg Garcia (Currículo lattes)
Resumo
Os efluentes industriais possuem poluentes tóxicos e resistentes a tratamentos convencionais, como o fenol. Uma alternativa de pré tratamento são os Processos Oxidativos Avançados (POAs), que são capazes de degradar a matéria orgânica. Entre os POAs a fotocatálise heterogênea é um processo que ocorre através da combinação de irradiação UV e o uso de um catalisador (sólido). Diante disso, o objetivo deste trabalho foi estudar as variáveis que influenciam na reação de fotocatálise heterogênea realizada em reator batelada utilizando catalisador natural areia, que contém dióxido de titânio (TiO2) combinado com peróxido de hidrogênio e lâmpada UV, para degradação de compostos fenólicos presentes em amostras de efluente da Refinaria de Petróleo Riograndense. Foram realizadas caracterizações da areia contendo TiO2 através do perfil granulométrico, MEV, EDS, DRX, TGA e DSC. A viabilidade do uso da areia como catalisador da reação de fotocatálise foi comparada com o uso do TiO2 comercial. Foram realizados ensaios em batelada com 800 mL, e que obedeceram um planejamento Plackett Burmann, cujos resultados foram analisados por meio de testes estatísticos, e nos quais foram estudados os efeitos das variáveis temperatura, pH, agitação, intensidade da luz UV, massa de catalisador e concentração de peróxido de hidrogênio sobre a degradação de fenóis. A partir desta análise identificaram-se os fatores mais significativos, que foram a intensidade da luz, o peróxido de hidrogênio e a massa de catalisador, na degradação de fenóis. Posteriormente foi elaborado um planejamento fracionado com três pontos centrais, a fim de definir as condições ótimas das variáveis intensidade de luz (35, 65 e 95 W), massa de catalisador (0, 5 e 10 g) e concentração de peróxido (0, 44 e 88 mg/L). A variável resposta dos dois planejamentos foi o percentual de fenol degradado, que foi avaliado através do método colorimétrico da 4-aminoantipirina. A areia empregada apresentou 24% de TiO2 que é caracterizada por partículas de coloração cinza escuro. A reação conduzida com TiO2 padrão atingiu 72,7% de degradação de fenol e com areia contendo TiO2, 72,2%, comprovando a viabilidade do uso como catalisador natural nesta reação. O planejamento Plackett Burmann identificou as variáveis intensidade da luz, peróxido de hidrogênio e massa de catalisador como as variáveis de maior efeito significativo na degradação de fenóis. Através do planejamento fracionado foi verificado que conforme aumenta a intensidade da luz UV também ocorre aumento da degradação de fenol, assim como o aumento da massa de catalisador e de concentração de peróxido de hidrogênio, sendo que estes dois últimos, ao atingirem 50% do seu valor, já alcançam degradação próximas de ±80%. Sendo assim, a reação com 10 g de catalisador, 2 mL de peróxido de hidrogênio e intensidade de luz 95 W foi a que atingiu o maior percentual de degradação de fenol a nível de significância de 95%. No entanto, considerando esse processo aplicado ao processo industrial, deve-se levar em consideração os custos de energia e reagentes. Sendo assim, a reação com 1 mL de peróxido de hidrogênio, 5 g de catalisador e luz 65 W, a qual atinge 83 % de degradação de fenol, durante 30 minutos de reação foi considerada a condição ótima, apresentando uma cinética de primeira ordem, com uma constante aparente de 0,067 min-1 e indicando ser uma alternativa potencial de tratamento de efluente para a redução de fenol.