Baixe UTILIZAÇÃO DA FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA PARA DESCOLORAÇÃO DE EFLUENTE e outras Trabalhos em PDF para Cinética Química, somente na Docsity!
outubro de 201 9
UTILIZAÇÃO DA FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA PARA
DESCOLORAÇÃO DE EFLUENTE
Ingrid Louise Ferreira da Silva^1 Otávio Farias^2 Rubia Maria Betim dos Santos^3 e Shellem Lorena Santos de Mello^4 Área de Concentração: Engenharia Química Grupo de Trabalho: Reatores e reações químicas RESUMO O tratamento de efluentes é uma etapa de grande relevância dentro da indústria, pois podem provocam alterações ao meio ambiente. Os resíduos das indústrias têxteis possuem os corantes como principal resíduo desses efluentes. O azul de metileno é muito usado em indústrias têxteis, na produção de papel e outros materiais como poliésteres e nylons. A fotocatálise heterogênea é uma tecnologia com base na irradiação de um catalisador, que é geralmente um semicondutor, dentre vários semicondutores, o dióxido de titânio (na forma anatase) é o mais adequado para aplicações ambientais, por ter baixo custo, elevada atividade e estabilidade a irradiação e a toxicidade. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é analisar a remoção de concentração do corante azul de metileno por fotocatálise heterogênea utilizando uma fonte de radiação ultravioleta artificial e dióxido de titânio como catalisador em quantidades diferentes. Foram testados os volumes totais de 50, 40, 30, 20 e 10 mL de TiO 2 de 0,5 g/L em uma solução de azul de metileno de concentração inicial de 3 ppm. A melhor eficiência foi encontrada utilizando os volumes de 30 e 20 mL de TiO 2 de 0,5 g/L, alcançando a eficiência de 94,13%. Palavras-chave : Azul de metileno; Radiação UV artificial; catalisador. ABSTRACT Effluent treatment is a highly relevant step within the industry, as it can cause changes in the environment. Waste from the textile industries has the dyes as the main residue of this effluent. Methylene blue is widely used in textile industries, in the production of paper and other materials such as polyesters and nylons. Heterogeneous photocatalysis is a technology based on the irradiation of a catalyst, which is usually a semiconductor, among several semiconductors, titanium dioxide (in anatase form) is the most suitable for environmental applications, for low cost, high activity and stability of irradiation and toxicity. Thus, the objective of this study is to analyze the concentration removal of the methylene blue dye by heterogeneous photocatalysis using an artificial ultraviolet radiation source and titanium dioxide as catalyst in different (^1) Acadêmica do curso de Engenharia Química da Faculdade de Telêmaco Borba – e-mail: ingridlouiseferreira@gmail.com. (^2) Acadêmico do curso de Engenharia Química da Faculdade de Telêmaco Borba – e-mail: farias_otavio@hotmail.com. (^3) Acadêmica do curso de Engenharia Química da Faculdade de Telêmaco Borba – e-mail: rubia.betim@hotmail.com. (^4) Acadêmica do curso de Engenharia Química da Faculdade de Telêmaco Borba – e-mail: shellemsdmello@gmail.com.
outubro de 201 9 concentrations. Total volumes of 50, 40, 30, 20 and 10 mL TiO 2 of 0,5 g/L were tested in a methylene blue solution of initial concentration of 3 ppm. The best efficiency was found using the 30 and 20 mL TiO 2 volumes of 0.5 g/L, reaching the 94.13% efficiency. Key-words : Methylene blue; UV artificial radiation; Catalyst.
1. INTRODUÇÃO Os resíduos industriais causam grandes prejuízos ao meio ambiente, especialmente aos rios, afetando a fauna e a flora. Entre esses resíduos, os resíduos das indústrias têxteis causam um enorme impacto, sendo os corantes o principal resíduo desses efluentes. Esses compostos possuem degradação dificultosa, além de serem tóxicos para o meio ambiente (ALMEIDA et al., 2016). Segundo Horvat et al. (2012) apud Almeida et al. (2016) os corantes sintéticos situam-se na categoria de poluentes emergentes, estipulados como qualquer substância química não inclusa em programas de monitoração e também em legislação apropriada a qualidade do meio ambiente, porém estão sendo frequentemente descartadas no meio ambiente por causa de atividades antrópicas. O descarte desses efluentes sem tratamento em ambientes aquáticos possui a capacidade de esgotar rapidamente o oxigênio dissolvido e como consequência pode causar o desequilíbrio desse ecossistema. A presença de corantes impede a passagem da luz solar nas camadas mais profundas dos rios e com isso ocorre a alteração da atividade fotossintética do meio, que resulta na deterioração da qualidade dessa água, causando a diminuição da solubilidade de oxigênio, e revertendo tudo isso em efeitos tóxicos sobre os seres aquáticos (LALNUNHLIMI; KRISHNASWAMY, 2016 apud ALMEIDA et al., 2016). Dentre vários corantes utilizados na indústria têxtil, o corante azul de metileno foi escolhido para ser analisado nesse trabalho, por ser amplamente utilizado industrialmente e por sua decomposição gerar contaminantes que podem ser altamente tóxicos, contaminando o meio em que estiverem em contato (BALBINO, 2015). O azul de metileno é um corante catiônico que pertence à classe das fenotiazinas. Ele é solúvel em água ou álcool, composto orgânico, aromático e heterocíclico. Pouco tóxico, que absorve intensamente na região do UV-visível (λmáx = 664nm em água) (BALBINO, 2015 apud LIMA, 2004). Pode ser usado de várias maneiras, como por exemplo, no tingimento de algodão, lãs e papel, tinturas temporárias para cabelo, entre outras aplicações (OLIVEIRA et. al, 2013). Sua estrutura está representada na Figura 1. Figura 1 - Estrutura molecular do Azul de Metileno Fonte: (BALBINO, 2015 apud DUTRA, 2013).
outubro de 201 9
- Espátula;
- Pissete;
- Balões volumétricos;
- Tubos de ensaio;
- Frascos de vidro; 2.1.2 Reagentes
- Azul de metileno - 50 mg/L;
- Dióxido de titânio; 2.1.3 Equipamentos
- Espectrofotômetro;
- Balança analítica;
- Lâmpada de Luz (UV-A (λ=365nm) de 20 W de 127 V);
- Agitadores magnéticos;
- Centrífuga laboratorial; 2.1.4 Outros
- Caixa de Papelão para construção de um reator. 2.2 MÉTODOS 2.2.1 Curva de calibração do azul de metileno
- Preparou-se uma solução “mãe” de 50 ppm de azul de metileno;
- Fez-se 10 diluições a partir da solução de 50 ppm de azul de metileno, sendo as concentrações de: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 e 5 ppm;
- Utilizou-se o comprimento de onda de 664 nm e fazer a leitura no espectrofotômetro da absorbância de cada solução diluída;
- Construiu-se a curva de calibração. 2.2.2 Procedimento experimental
- Da solução de 50 ppm fez-se uma diluição para uma concentração que esteja dentro do range da calibração;
- Em um béquer de 500 mL colocar 400 mL da solução diluída;
- Adicionou-se 50 mL da solução de dióxido de titânio e homogeneizou-se (solução de 0, 5 g/L de TiO 2 );
- Montou-se o reator com a lâmpada de radiação artificial UV e um agitador magnético para manter a solução em constante agitação para obter uma reação homogênea;
- Iniciar a fotocatálise heterogênea;
- A cada meia hora retirou-se uma alíquota da solução, até um total de duas horas e meia de reação, centrifuga-la e fazer a leitura da sua absorbância no espectrofotômetro;
- Realizou-se o mesmo procedimentos para outras concentrações de dióxido de titânio no efluente;
- Determinou-se as concentrações das alíquotas através da curva de calibração;
outubro de 201 9
- Determinou-se a eficiência da remoção do corante na solução através da equação (Figura 3 ): Figura 3 - Equação para determinar a eficiência do processo Fonte: (BALBINO, 2015). Onde, E(t) é a eficiência da remoção da concentração no tempo t; Co é a concentração de Azul de Metileno inicial e C(t) é a concentração de Azul de Metileno no tempo t. 1.2.3 Equipamentos e Procedimento do Experimento O espectrofotômetro utilizado para construção da curva de calibração para determinação da concentração do azul de metileno está exposto na Figura 4. Figura 4 - Espectrofotômetro Para realização dos experimentos de fotocatálise foi utilizado reator fotocatalítico. O reator foi montado utilizando um armário de caixa de papelão com uma porta dobrável, onde foi utilizada a lâmpada de Luz (UV-A (λ=365nm), como na Figura 5.
outubro de 201 9 Figura 7 - Catalisador TiO₂ - Balança Analítica O tempo deixado para cada experimento foi de 150 minutos, as amostras foram coletadas a cada 30 minutos com uma pipeta e colocadas em tubos de ensaio. Após a retirada de todas as amostras, transferiu-se em outros tubos de ensaio e as amostras foram centrifugados por 10 minutos. Ao término da centrifugação, foram retiradas as amostras dos tubos de ensaio e colocados em outros tubos para realizar a leitura de absorbância no espectrofotômetro no comprimento de onda de 664 nm para determinar-se a concentração das amostras. Pode-se observar os passos acima nas Figuras 8 e 9. Figura 8 - Amostras coletadas com intervalo de 30 minutos.
outubro de 201 9 Figura 9 - Tubos de ensaio-Centrifugação das Amostras
3. RESULTADOS 3.1 CURVA DE CALIBRAÇÃO Com a variação de concentração de 0,5 ppm à 5 ppm, foram determinadas as absorbâncias para a variação de concentração a cada 0,5 ppm. A Figura 10 mostra as leituras de absorbância de cada concentração de azul de metileno para a construção da curva de calibração. Figura 10 – Leitura de absorbância para a curva de calibração. A partir desses dados, realizou-se a interpolação dos dados de concentração e absorbância para determinação da curva de calibração do azul de metileno de forma linear com os pontos obtidos das concentrações das soluções. O coeficiente de determinação ao quadrado (R^2 ) encontrado foi igual a 0.996 9 (Figura 11 ). Este valor, muito próximo ao unitário, indica uma boa aproximação dos pontos à equação linear. ppm Abs 0,5 0, 1 0, 1,5 0, 2 0, 2,5 0, 3 0, 3,5 0, 4 0, 4,5 0, 5 1,
outubro de 201 9 3.3.1 Eficiência de remoção do azul de metileno Comparando a eficiência de cada quantidade de catalisador utilizado na fotocálise (Figura 13 ), verificou-se uma maior eficiência no experimento com 30 e 20 mL de TiO₂ (0,5 g/L), apresentando uma eficiência de remoção do corante em 94,13% em 150 minutos. A menor eficiência, foi verificada com 50 mL de TiO₂ (0,5 g/L), tendo apresentado 87,92% de eficiência após o mesmo período de tempo. No experimento com 40 mL de TiO₂ (0,5 g/L) a eficiência também foi menor em relação a de 10, 20 e 30 mL de TiO₂ (0,5 g/L), com 93,51%. Isso mostra como a concentração de dióxido de titânio é importante, pois se for alta irá conferir ao material alta turbidez, impedindo a passagem, dificultando assim a filtragem da solução, impossibilitando assim o uso desse sistema no tratamento de grandes volumes de água (BORGES, 2014). Figura 13 – Eficiência de remoção
4. CONCLUSÃO Os resíduos industriais geram enormes prejuízos ambientais, principalmente os resíduos das indústrias têxteis, sendo os corantes o principal efluente dessas industrias causando grande contaminação ao meio ambiente. O descarte inadequado desses efluentes é extremamente perigoso para a vida marinha e com isso o tratamento é de suma importância dentro das indústrias. Após realizar o tratamento do efluente selecionado para o estudo, pode-se comparar os resultados obtidos posterior a fotocatálise com diferentes concentrações de catalisador e constatou-se que a remoção da concentração do corante azul de metileno foi mais eficiente utilizando os volumes de 30 e 20 mL de TiO 2 de 0,5 g/L, atingindo a eficiência de 94,13%. Observou-se ainda no experimento que a quantidade de catalizador influência na velocidade da reação. Isto porque a quantidade de catalisador quando maior, maior é o número de partículas de TiO 2 , aumentando o número de moléculas adsorvidas como a quantidade de fótons absorvidos, resultando em maior degradação. No entanto, quando a quantidade do catalisador é muito alta, ocorre o fenômeno de
outubro de 201 9 reflexão de luz incidente, resultando em menos luz penetrada na solução, consequentemente diminuindo a eficiência fotônica.
5. AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente a Deus que nos concedeu forças para realizar esse trabalho, a FATEB por nas oferecer essa oportunidade e todo suporte laboratorial e em especial a professora Ms. Fernanda Oliveira pelo suporte e pelo tempo dedicado a nós. REFERÊNCIAS ALMEIDA, É. J. R. et al. A indústria têxtil no Brasil: Uma revisão dos seus impactos ambientais e possíveis tratamentos para os seus efluentes. 2005. 187 f. Dissertação (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) – Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, 2005. BALBINO, R. de O. Remoção de azul de metileno por fotocatálise heterogênea com radiação UV artificial e dióxido de titânio (TiO 2 ) como catalisador. 2016. 39 f. Departamento Acadêmico Ambiental, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Campo Mourão, PR, 2015. BORGES, Sarah Maria Santana. Remoção do azul de metileno em efluentes aquosos sobre catalisadores de ferro suportado em nanotubos de carbono. Tese (doutorado) – Universidade Federal da Bahia, Instituto de Química, Salvador,
FERREIRA, I. V. L. Fotocatálise heterogênea com TiO 2 aplicada ao tratamento de esgoto sanitário secundário. 2016. 18 f. Departamento de Bioquímica e Microbiologia, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro, SP, 2016.
