ÁREA: Ambiental
TÍTULO: Efeito da adsorção na descoloração fotocatalítica do azo corante direct red 23
AUTORES: LUCILHA, A. C. (UEL) ; HASEGAWA, M.C. (UEL) ; TAKASHIMA, K. (UEL)
RESUMO: RESUMO: A descoloração fotocatalítica de direct red 23, um azo corante utilizado em indústrias têxteis, foi investigada em suspensão aquosa de óxido de zinco através da adsorção em 60 min no escuro para diferentes concentrações de semicondutor e de corante a 30ºC. A descoloração foi monitorada espectrofotometricamente em 503 nm. Variando-se a concentração de óxido de zinco de 1 a 7 g L-1 para uma concentração fixa de corante na fotocatálise, a constante de velocidade não atingiu o valor máximo. Os espectros UV-Vis das adsorções formadas por DR23 (0,75x10-3 mol L-1) e ZnO 1, 5 e 7 g L-1, indicam que aparentemente todo o corante é adsorvido na superfície do semicondutor, alterando o tipo de interação das moléculas de DR23 na superfície do semicondutor.
PALAVRAS CHAVES: direct red 23; adsorção; óxido de zinco.
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: A falta de qualidade das águas naturais é hoje um dos mais graves problemas mundiais. O descarte dos efluentes coloridos no ecossistema é uma fonte dramática de poluição estética, de eutroficação e de perturbações na vida aquática. Efluentes gerados por indústrias têxteis contêm quantidades consideráveis de corantes não fixados, especialmente de azo corantes, e produtos de degradação como aminas aromáticas altamente carcinogênicas. Os azo corantes são caracterizados por um ou mais grupamentos –N=N- ligado aos sistemas aromáticos. Em função de sua elevada eficiência de degradação frente a inúmeros poluentes resistentes, os Processos de Oxidação Avançados (POAs) têm atraído grande interesse tanto da comunidade científica como industrial. Dentre os POAs, destaca-se a fotocatálise heterogênea, que alia reações de oxi-redução induzidas pela radiação ultravioleta ocorrendo em meio aquoso, utilizando um fotocatalisador para formação de radical hidroxila (HO•). Este radical é capaz de descolorir as substâncias orgânicas presentes nos efluentes industriais por ser altamente reativo e ter pequena seletividade ao ataque.
A etapa de adsorção, entre o semicondutor e as substâncias a serem reduzidas e oxidadas, é de grande importância para a fotocatálise, especialmente dos receptores de elétrons, pois impedem o retorno do elétron da banda de condução à banda de valência. A adsorção é regida por forças eletrostáticas de atração e repulsão estabelecidas pelas cargas superficiais do fotocatalisador e do substrato.
Neste trabalho apresentamos o estudo da influência da geometria na adsorção de DR23 na superfície de ZnO.
MATERIAL E MÉTODOS: RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os experimentos foram realizados no interior de uma câmara de madeira (50x50x50 cm) forrada internamente com papel alumínio. O corante direct red 23 (C35H27N7S2O10Na2), gentilmente cedido pela empresa Chimical S.A., foi adsorvido em reator de vidro borossilicato (200 mL), com parede dupla para a circulação da água proveniente do banho termostático com refrigeração, para manter temperatura fixa em 30,00,1 ºC. 150 mL da suspensão formada por 0,75x10-4 mol L-1 DR23 e 2,0 g L-1 ZnO (Carlo Erba, PA) foi agitada a 600 rpm (Fisatom 752) por 90 min no escuro, para determinar o tempo para o sistema atingir o estado de equilíbrio de adsorção-dessorção. As soluções foram preparadas usando água purificada (Elga Máxima USF CE). Alíquotas de 1,1 mL foram removidas em intervalos regulares pré-determinados durante a adsorção e filtradas (Millipore-0,22 m). Por outro lado, a irradiação da suspensão contendo o corante e ZnO foi feita no mesmo reator usando a lâmpada de vapor de Hg sem bulbo de 125 W, disposta horizontalmente. A irradiância (560,020,0 W cm-2) foi medida com o reator aberto através do radiômetro (Topcon UVR-2). A descoloração de DR23 ( =2,54x104 cm mol-1L) foi monitorada em 503 nm espectrofotometricamente (Hitachi U-3000) a 30 ºC.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O efeito do fotocatalisador foi investigado mantendo-se constante a concentração de DR23 1,50x10-4 mol L-1em pH natural (7,3), variando-se a concentração de ZnO de 1,0 a 7,0 g L-1, a 30ºC. A constante de velocidade de descoloração aumentou linearmente (r=0,989) de 1,53x10-3 a 4,08x10-3 min-1 para ZnO de 1,0 e 5,0 g L-1. Por outro lado, a adição de 7,0 g L-1 aumentou a kobs para 10,68x10-3 min-1, mudando o comportamento esperado (AKYOL e BAYRAMOGLU, 2005; SOBANA e SWAMINATHAN, 2007; CLAUSEN e TAKASHIMA, 2007), ou seja, após a quantidade limite de semicondutor, diminui a capacidade de oxidação devido há possibilidade de as partículas se agregarem e sedimentarem diminuindo a área interfacial entre o catalisador e o corante e impedindo a passagem do fóton.
A suspensão contendo 2,0 g L-1 de semicondutor e 0,75x10-4 mol L-1 de DR23 foi adsorvida no escuro para determinar o tempo de equilíbrio de adsorção-dessorção das moléculas de DR23 na superfície de ZnO, por 60 min, cuja a absorvância tornou-se constante ao redor de 1,446 a 30ºC. Os espectros UV-Vis resultantes da adsorção de DR23 para ZnO de 1,0 a 7,0 g L-1 por 60 min, Figura 1, foram registrados de 200 a 900 nm.
Analisando a Figura 1, constatou-se que quanto maior a concentração de ZnO, maior é a adsorção de DR23 devido ao aumento do número de sítios ativos. A partir destes resultados, o aumento da constante de velocidade quando se utilizou 7,0 g L-1 de ZnO e 1,5x10-4 mol L-1 de DR23, pode ser atribuído á mudança de geometria da molécula de corante ao adsorver na superfície da fotocatalisador.
CONCLUSÕES: A utilização do óxido de zinco mostrou que o tempo de equilíbrio de adsorção-dessorção com o diazo corante direct red 23 é de 60 min a 30ºC. O aumento da concentração de semicondutor para uma concentração fixa de azo corante na fotocatálise aumentou consideravelmente a constante de velocidade da reação. A adsorção de DR23 em ZnO mostrou, através das análises de UV-Vis, que este comportamento é atribuído a mudança de geometria das moléculas de DR23 adsorvidas em ZnO.
AGRADECIMENTOS: As autoras agradecem a Fundação Araucária pelo apoio financeiro na realização deste trabalho. A.C.L agradece a bolsa de Iniciação Científica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AKYOL, A.; BAYRAMOGLU, M. Photocatalytic degradation of Remazol Red F3B using ZnO catalyst. Journal of Hazardous Materials, 2005, B124, 241.
SOBANA, N.; SWAMINATHAN, M. The affect of operacional parameters on the photocatalytic degradation of acid red 18 by ZnO. Separation and Purification Technology, 2007, 56, 101.
CLAUSEN, D. N., TAKASHIMA, K. Efeitos dos parâmetros operacionais na fotodegradação do azo corante direct red 23 na interface dióxido de titânio / água. Química Nova 2007, vol.30, no.8, p. 1896-1899.
