ÁREA: Ambiental
TÍTULO: fotocatálise heterogênea aplicada ao tratamento de efluentes
AUTORES: LATTUADA, R.M. (UFRGS) ; SANTOS, J.H.Z. (UFRGS) ; PERALBA, M.C.R. (UFRGS)
RESUMO: Neste trabalho foi estudada a fotocatálise hterogênea (FH) com irradiação por
ultravioleta tendo como catalisador o dióxido de titânio, e como molécula sonda o azul
de metileno (AM). Eventuais acréscimos de eficiência foram avaliados em confronto com
o TiO2 (Degussa P-25), um carvão recoberto com TiO2 (CCT) em teores de 10 e 50% de
TiO2 e um resíduo, da recuperação de Vanádio oriundo de processo polimerização, a base
de alumina contendo de 9 a 10% de Ti (AlR/Ti). Os períodos de irradiação oscilaram de
1 a 60 minutos. As fotodegradações do AM com TiO2 (100 mg, P-25), oscilaram de 64 a 80
% (lâmpada de 125 W) e de 63 a 94 % (250 W), com CCT-10% (400mg, 250W) de 85 a 98% e
CCT-50% (200 mg 250W) de 91 a 99,8%. Os efluentes da FHs não mostraram toxicidade
aguda ao bioindicador Daphnia magna.
PALAVRAS CHAVES: azul de metileno, toxicidade, fotocatálise
INTRODUÇÃO: O tratamento de efluentes domésticos e industriais pode ser realizado através de
processos químicos, físicos, biológicos, ou pela sua combinação. Os processos
físicos, tem eficiência reduzida porque se baseiam na transferência de fase, não
eliminando os poluentes por completo. Nos processos biológicos, é comum, dependendo
dos constituintes do efluente, que as substâncias tóxicas presentes nestes interfiram
na sobrevivência dos organismos envolvidos no tratamento, limitando a sua eficiência
ou suprindo-a (HINCAPIE et al, 2005 apud EVGENIDOU, BIZANI, CHRISTOPHORIDIS,
FYTIANOS, 2007).
Os processos que se baseiam na transferência de fase do poluente sem a destruição do
mesmo, onde ocorre apenas a concentração dos poluentes em outra fase (lodo), sem
permitir a sua destruição ou transformação tem-se como característica a geração de
lodos ou subprodutos, o que implica na necessidade do monitoramento dos subprodutos e
no descarte ou acondicionamento das espécies tóxicas (disposição de lodo,
compostagem, disposição em aterros industriais e/ou sanitários). Isto agrega custos
adicionais ao tratamento de efluentes, tornando-os onerosos e as vezes desvantajosos.
Nos processos oxidativos avançados é possível a transformação de poluentes orgânicos
em moléculas mais simples como dióxido de carbono, amônia, metano e água (NOGUEIRA E
JARDIM, 1998), gerando espécies químicas menos tóxicas que as pré-existentes
à oxidação. São estes processos estudados também para a remoção ou destruição de
substâncias de difícil tratamento por outra via (CHUN et al, 1999
apud INAZAKI e BIDOIA, 2004). Neste estudo foram avaliados catalisadores para
fotocatálise heterogênea (FH) de soluções de azul de metileno (AM - uma molécula
tipicamente usada como sonda para este fim.
MATERIAL E MÉTODOS: Ensaios de fotocatálise: Os testes de FH do AM c/ TiO2 usaram três tipos de
catalisadores: TiO2 (Degussa P-25), carvão de casca de arroz não ativado recoberto de
TiO2 (10 e 50 %) e resíduos de alumina,com residuais de Ti. As lâmpadas empregadas
como fonte de UV foram confeccionadas a partir de lâmpadas comerciais de mercúrio de
125 e 250 W em um reator com parede de quartzo resfriado por fluxo continuo de água.
Nos testes de remoção teve-se alíquotas de 150 mL de AM 20,3 umol L-1 e 100 a 400 mg
de catalisador, mantidos sob agitação mecânica durante a exposição (5 a 60 min). As
alíquotas para leitura em espectrofotômetro foram centrifugadas a 4000 rpm/15 min.
Testes de ecotoxicidade: Para avaliar a efetiva mineralização do AM referida na
literatura (HOUAS, 2001), e a eventual liberação de substâncias tóxicas no efluente
do reator fotocatalítico, foram realizados ensaios com o bioindicador Daphnia magna.
Os ensaios de ecotoxicidade seguiram a norma ABNT – NBR 12713/2002, consistindo da
exposição de indivíduos neonatos (daphnídeos), no fator de diluição (FD) 2, expostos
por 24 h. O lote dos organismos usados no teste foi avaliado em termos de
sensibilidade pelos critérios da NBR citada, fornecendo valores compatíveis de CE(50)
entre 0,6 mg L-1 e 1,7 mg L-1 para o K2Cr2O7. Os testes de toxicidade utilizaram os
efluentes pós-fotocatálise com UV/catalisador decorrentes da exposição de 30 min ao
UV e do afluente AM à 0,0203 mmol L-1, diluídos 50 % (FD=2). A Daphnia foi escolhida
como bioindicador devido ao fato de ser um teste padronizado (ABNT), de fácil
execução dos ensaios, reprodutibilidade adequada e pelo fato de ser um microcrustáceo
bastante comum nos ecossistemas aquáticos brasileiros (consumidor primário).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A remoção com lâmpadas de 125 e 250 W (TiO2-Degussa P-25; 300 mg) frente aos tempos
de exposição ao UV são mostrados na figura 1 (a) e (b). Nas condições do ensaio, o
acréscimo de potência nas lâmpadas (de 125 W para 250 W) gerou remoções do AM um
pouco maiores, de 64 a 80 % (125 W) e de 63 a 94 % (250 W). Entretanto, até 30 min,
as remoções foram similares, portanto, e salientando que menores tempos de exposição
refletem em menor consumo energético para a decomposição do AM, a discussão focou-se
nos períodos de exposição menores. Com 5 minutos de irradiação, se comparada com a
fotólise (ausência de catalisador), salta-se de 9 e 1% para aproximadamente 64 e 63 %
(125 e 250 W, respectivamente). Na lâmpada de 125 W (5 min) obtêm-se remoção de 64%,
que cresce até um máximo e estabilizam (60 min) em 75%. Ou seja, 55 min oferecem
ganho de apenas 15% na remoção global.
A literatura reporta que a deposição de TiO2 sobre carvões aumenta a ação catalítica
pela atração das moléculas alvos da FH para junto dos sítios geradores da espécie
oxidante (OH-). Assim, com a lâmpada de 250 W, estudou-se a remoção de AM com TiO2
comercial e carvão de casca de arroz coberto com TiO2 (CCT) - figura 2. Para períodos
de 5 e 10 min o CCT mostra maior remoção do AM do que apenas o TiO2 comercial. Estas
são diretamente comparáveis, pois, a massa de TiO2 é equivalente em ambos (100 mg de
TiO2 com. e 200 mg de CCT – 50%). Dessa forma o efeito referido na literatura (HOUAS,
2001 et al; INAGAKI, et al 2005), de o carvão aproximar a molécula alvo (AM) do sítio
catalítico, fica reforçado pelos dados aqui registrados. Ainda, os testes de
toxicidade aguda com D. magna não mostraram a geração de subprodutos tóxicos oriundos
da FH e mostram ausência de toxicidade, reforçando a degradação do AM.
CONCLUSÕES: Os resultados mostram remoções de AM para o TiO2 (P25) da ordem de 50 a 98%, para o
CCT-50% da ordem de 91 a 99% e para CCT–10% da ordem de 85 a 97%. Os CCTs testados
mostraram aumento da remoção de AM frente ao TiO2 comercial. O CCT, mesmo de carvão
não ativado, mostra potencial como catalisador em FH, não gerando toxicidade
perceptível ao bioindicador D. Magna, nas condições deste trabalho.
As remoções obtidas com o resíduo de alumina contendo Ti na superfície reforçam a sua
aplicação catalítica para a FH do AM, nas condições deste trabalho e os efluentes não
foram tóxicos ao bioindicador.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a Degussa pelo fornecimento do TiO2 (P-25).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: EVGENIDOU E., BIZANI E., CHRISTOPHORIDIS C., FYTIANOS K., Heterogeneous photocatalytic degradation of prometryn in aqueous solutions under UV-Vis irradiation, Chemosphere, Volume 68, Issue 10, , August 2007, Pages 1877-1882.
HOUAS A., LACHHEB H., KSIBI M., ELALOUI E., GUILLARD C. e HERRMANN JEAN-MARIE, Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water, Applied Catalysis B: Environmental, Volume 31, Issue 2, 4 May 2001, Pages 145-157.
INAGAKI M., KOJIN F., TRYBA B., TOYODA M., Carbon-coated anatase: the role of the carbon layer for photocatalytic performance, Carbon, Volume 43, Issue 8, July 2005, Pages 1652-1659.
INAZAKE, T.H; BIDOIA, E.D; Tratamento fotocatalítico de efluente simulado contendo fenol utilizando TiO2 P25 Degussa. Arq. Inst. Biol. São Paulo, v.71, p.1-749, 2004.
NOGUEIRA, R.F.P; JARDIM, W.F. A fotocatálise heterogênea e a sua aplicação ambiental. Química Nova. Campinas, v.21, n.1, p.69-72, 1998.
