ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: DEGRADAÇÃO DE ALISARINA EM SOLUÇÃO AQUOSA, SOB PLASMA OBTIDO POR ELETRÓLISE DE ALTA TENSÃO E BAIXA CORRENTE
AUTORES: REIS, E. L. (UFV) ; GRIEP, V. N. (UFV) ; REIS, C. (UFV) ; MILAGRES, B. G. (UFV) ; RODRIGUES, A. P. L. (UFV) ; COSTA, E. F. (UFV)
RESUMO: Construiu-se um sistema para degradação de matéria orgânica, por eletrólise de alta tensão e baixa corrente sob plasma, utilizando-se alisarina como composto modelo. O sistema utilizado é constituído de uma fonte de alimentação de alta tensão de corrente contínua, com os eletrodos dispostos em uma cela termostatizada, constituídos de um eletrodo de grafite espectroscópico (cátodo) e um microeletrodo de platina (ânodo). A diferença de potencial da ordem de 600 volts foi aplicada durante 60 minutos para a degradação da alisarina em solução de eletrólito de sulfato de sódio. O acompanhamento da degradação da alisarina foi realizado através de varreduras espectrais na região do visível. Foram realizados estudos do efeito do íon ferro(II) e do pH na taxa de degradação da alisarina.
PALAVRAS CHAVES: degradação por plasma, alta tensão, alisarina
INTRODUÇÃO: A eliminação de rejeitos tóxicos, provenientes de subprodutos gerados pela indústria é atualmente um dos mais importantes assuntos no controle de poluição, levando à busca de novas técnicas para diminuir ou eliminar a toxicidade dos efluentes.
Algo em torno de 1% a 15% dos corantes utilizados pelas indústrias têxteis são perdidos durante o processo de tingimento e liberado como efluente [1]. A liberação desses poluentes tóxicos no ecossistema é também uma fonte de poluição estética e interferência na vida aquática, devido à cor [2].
Dentre as técnicas aplicáveis ao tratamento de efluentes têxteis vários métodos físicos, químicos e biológicos podem ser utilizados. O tratamento biológico é o mais utilizado, entretanto muitos corantes são apenas adsorvidos no lodo e não são degradados. Muito métodos físicos tem a desvantagem de apenas transferirem os poluentes para outra fase devendo serem tratados posteriormente [3].
Novas tecnologias de tratamentos energéticos que permitem degradar compostos presentes em rejeitos industriais, tem surgido. Entre estas estão os processos oxidativos avançados baseados na geração de espécies altamente oxidantes que degradam compostos resistentes a tratamentos convencionais [2]. Portanto a necessidade de um método eficiente para a produção de espécies oxidantes motiva a pesquisa da aplicação de descarga elétrica de alta tensão para tratamento de efluentes.
A eletrólise anódica da descarga elétrica é considerada uma tecnologia promissora por não necessitar de uma fonte de alimentação especial [4]. Vários estudos mostram que contaminantes tais como o fenol [5], os clorofenóis [6], o alfa-naftol [7], as cloroanilinas [8], e alaranjado de metila [9] podem ser degradados por descarga elétrica.
MATERIAL E MÉTODOS: O sistema montado é baseado em cela termostatizada com um volume de 500 mL, com os eletrodos e uma fonte de alimentação de alta tensão e baixa corrente, baseada em um circuito multiplicador de tensão. O meio reacional foi homogeneizado por agitação magnética.
Os eletrodos para obtenção do plasma são feitos de grafite espectroscópico (cátodo) e de platina (ânodo). O eletrodo onde ocorre a eletrólise por descarga em plasma é o eletrodo de platina, que é um microeletrodo fundido em vidro.
O acompanhamento da degradação da alisarina foi realizado através de varredura espectral no visível de cinco em cinco minutos, durante um período de uma hora de eletrólise sob plasma. O experimento foi realizado em triplicata.
A voltagem foi mantida entre 580 e 605 volts e a corrente entre 150 e 280 miliamperes; o acompanhamento destes parâmetros foi feito, durante todo o tempo de reação, com auxílio de multímetros digitais..
Todos os reagentes foram de grau analítico, não tendo sido submetidos a qualquer tratamento adicional. O eletrólito sulfato de sódio foi utilizado na concentração de 0,014 mol/L. A alisarina foi utilizada na concentração de 0,0001 mol/L.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A curva característica da variação da corrente em função da tensão aplicada aos durante o processo de degradação da alisarina sob plasma, mostrou três partes distintas. Na primeira parte na faixa de zero a 100 volts, a corrente aumenta proporcionalmente ao aumento da tensão, seguindo as leis de Ohm e Faraday, e é atribuída à oxidação do oxigênio da água no ânodo e da redução do hidrogênio no cátodo. Já na segunda parte que vai de 100 a 400 volts, podem ser observadas faíscas em torno do ânodo e a corrente torna-se instável. Isto é devido ao calor que é produzido no ânodo, vaporizando a água que cerca o ânodo, diminuindo a corrente. Na terceira etapa com o potencial acima de 400 volts, inicia-se um processo que inclui a vaporização e a ionização da água, juntamente com a decomposição do material em solução [10].
A alisarina a pH 4,3 foi degradada gradualmente, chegando-se a 70%, em 60 minutos. O comportamento é típico de reações de primeira ordem. Essa degradação pode ser explicada pelo campo elétrico elevado, pela radiação ultravioleta intensa, pelas ondas de choque e pelas espécies química reativas, como OH*, H*, O*, HO2* e água oxigenada, hidrogênio e oxigênio geradas.
O estudo do efeito do pH inicial na degradação da alisarina, foi feito pelo ajuste desta variável em valores iguais a 2, 4, 6 e 8 e com a alisarina mantida em 0,0001 mol/L. A pH igual a 2 ocorre uma degradação de 60% da alisarina e a pH igual a 8 uma degradação de 78%. Este aumento da degradação da alisarina a pH mais elevado, se deve à desprotonação da alisarina, que é destruída mais facilmente [4].
A presença do íon ferro(II) na mistura reacional leva a um aumento acentuado na degradação da alisarina, chegando-se a quase 90% de degradação.
CONCLUSÕES: Do estudo da degradação do corante alisarina, em diversas condições, por meio de eletrólise de alta voltagem e baixa corrente, conclui-se que esta técnica apresenta um grande potencial para a degradação de compostos orgânicos.
A partir destes estudos obteve-se 70% de degradação da alisarina em 60 minutos de contato com o plasma, numa diferença de potencial de 600 volts e corrente de 230 miliamperes. Observou-se também a influência da acidez e da presença de ferro(II) na degradação do composto. A pH igual a 8 obteve-se uma taxa de degradação de 80%. O íon ferro(II) tem um efeito catalisador na reação de degradação de alisarina, elevando a taxa a 90%.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Fapemig e ao Conselho Regional de Química - MG.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1] SAUER, T. Degradação fotocatalítica de corante e efluente têxtil. Tese de mestrado da engenharia química de Florianópolis - SC, 124f, 2002.
[2] HERRMANN, J. M.; VAUTIER, M.; GUILLARD, C. Photocatalytic degradation of dyes in water: case study of indigo and of indigo carmine. Journal of Catalysis. v 201, 46-59 p, 2001.
[3] SCHRANK, S.G., Tratamento anaeróbio de águas residuárias da indústria têxtil. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de São Carlos, SP, 2000.
[4] GAO, J. ; YU, J.; LU, Q.; HE, X.; YANG, W.; LI,Y.; PU, L.; YANG, Z., Decoloration of alizarin red S in aqueous solution by glow discharge electrolysis. Dyes and Pigments. 1-6 p, 2006.
[5] GAO, J. ; LIU, Y.; YANG, W; PU, L.; YU, J.; LU, Q., Oxidative degradation of phenol in aqueous eletrolyte Induced by plasma from a direct glow discharge. Institute of Physics Publishing Plasma Sources Science And Technology, Plasma Sci Technol, 12, 533-538 p, 2003
[6] PU, L.; Gao, J.; YANG, W.; LI, Y.; YU, J.; HUANG, D. Oxidative Degradation of 4-chlorophenol in Aqueous Induced by Plasma with Submersed Glow Discharge Electrolysis. Plasma Science & Technology, v 7, Nº.5, 3048-3050 p, 2005.
[7] TEZUKA, M.; IWASAKI, M., Plasma - induced degradation of aniline in aqueous solutions. Thin Solid Films, 386, 204-207 p, 2001.
[8] GAO, J.; YU, J.; LU, Q.; YANG, W.; LI, Y.; PU , L., Plasma degradation of 1-naphthylamine by glow-discharge electrolysis. Pakistan Journal of Biological Sciences, 7 (10), 1715-1720 p, 2004.
[9] TANAKA, K.; PADERMPOLE, K.; HISANAGA, T., Photocatalytic degradation of commercial azo dyes. Water Research, v 34, No I, 237-333 p, 2000.
[10] GAI, K., Plasma-induced degradation of diphenylamine in aqueos Solution. Journal of Hazardous Materials, 2007, doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.12.014.
