ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Química Analítica
Autores
Reis, E.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Moreira, J.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Silva, A.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Reis, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Teófilo, R.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Pereira, A.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)
Resumo
Montou-se um sistema para degradar o ibuprofeno, através de plasma obtido por eletrólise de alta tensão. Nessa técnica ocorre a formação de espécies altamente oxidantes, como o radical hidroxila, ozônio e peróxido de hidrogênio. O sistema é baseado em fonte de alimentação de alta tensão, cela termostatizada, cátodo de grafite e seis ânodos de platina, selados em tubos de cerâmica, em contato com solução, onde se formará o plasma. Variou-se a diferença de potencial entre 550 e 650 volts, o número de ânodos e a concentração do eletrólito Na2SO4, para degradar o ibuprofeno. Acompanhou-se a degradação por medidas de carbono orgânico total, em 0, 30 e 60 minutos. O único fator que afetou significativamente a degradação foi o número de ânodos. Obteve-se mais de 90% de degradação com seis ânodos.
Palavras chaves
Plasma; Degradação; Ibuprofeno
Introdução
As atividades industriais cresceram muito nos últimos anos e novos problemas apareceram devido à eliminação de rejeitos tóxicos em efluentes aquosos, assim é importante o desenvolvimento de métodos para tratamento desses rejeitos. Efluentes aquosos podem apresentar compostos variados dependendo da indústria que os gera. Uma fonte emergente de poluição é o descarte doméstico ou não, de drogas licitas, como remédios e vários outros compostos que são de difícil degradação (ESPLUGAS et al., 2007). Entre as técnicas aplicáveis ao tratamento de compostos orgânicos uma variedade de métodos está disponível (HUANG et al., 1993). O tratamento biológico é, sem dúvida, o mais utilizado e comprovado ser economicamente viável. Entretanto muitos compostos são apenas adsorvidos no lodo e não são degradados, o que só transfere o problema, pois posteriormente estes compostos terão que ser tratados. Outra técnica denominada de Processos Oxidativos Avançados, tem o princípio de não gerar resíduos. Dentre estes processos, destacam-se os processos que geram o radical hidroxila, o ozônio e o peróxido de hidrogênio, que apresentam uma eficiência oxidante muito elevada (CHEN, 2004). De acordo com a necessidade de tratamentos para compostos orgânicos, procura-se utilizar métodos mais simples, que sejam menos poluentes e mais eficazes, com um baixo custo, para serem viáveis economicamente. Propõem-se dessa forma montar um sistema para gerar plasma sob eletrólise de alta tensão (JIANG et al., 2014); acompanhar a produção de peróxido de hidrogênio, com diferentes números de ânodos ativos; monitorar a degradação do Ibuprofeno; analisar as variáveis que afetam a degradação; por fim analisar se a degradação por este método é viável energeticamente.
Material e métodos
A montagem do sistema eletroquímico envolve uma cela de vidro de parede dupla para a termostatização na qual foram adaptados seis microânodos de platina de 0,5 mm de diâmetro com 1 mm exposto e um cátodo de grafite com 5 mm de diâmetro e 4 cm de comprimento. O gerenciamento de voltagem e corrente foi feito através de software próprio, com a fonte de alta tensão, da Supplier, modelo DC Power Source, interfaceada a um computador. Programou-se a fonte para aplicar a diferença de potencial entre 0 e 650 volts, medindo-se a corrente continuamente, para um até seis ânodos. Todo o procedimento foi feito com agitação magnética constante, retirando-se alíquotas em 0, 30 e 60 minutos, de eletrólito Na2SO4 2,0 g/L, com o auxílio de bomba peristáltica. A solução do eletrólito ou com adição de ibuprofeno foi homogeneizada por agitação magnética e mantida em temperatura constante por um banho termostatizado. A determinação de peróxido de hidrogênio gerado em solução pura de eletrólito foi feita por reação com Ti(IV), por espectrofotometria, em 390 nm (EISENBERG, 1943). O composto ibuprofeno foi utilizado como composto modelo para verificação da capacidade de degradação do plasma. Este composto foi preparado na concentração de 50 mg/L em eletrólito sulfato de sódio. Foi feito um planejamento fatorial para avaliar a influência das variáveis, concentração do eletrólito, diferença de potencial aplicada e número de ânodos, na degradação (NETO et al., 1995). Acompanhou-se a degradação do ibuprofeno por varredura espectral, com um espectrofotômetro Hitachi, modelo U-2000, na faixa de 200 a 700 nm, e também o teor de Carbono Orgânico Total utilizando-se o instrumento Shimadzu TOC 5000A Analyser, em três alíquotas retiradas em 0, 30 e 60 minutos após a ignição do plasma.
Resultado e discussão
A figura 1 apresenta o gráfico de corrente versus diferença de potencial, para 1
a 6 ânodos, em que o aumento dos ânodos para um mesmo potencial, leva a um
aumento de corrente, de forma não linear devido às diferenças entre os ânodos.
À medida que se aumenta o potencial, a corrente aumenta até 350 volts, conforme
a Lei de Ohm. Entre 350 e 450 volts, observam-se descargas elétricas que leva a
um aumento da temperatura ocorrendo formação de vapor, isolando os ânodos da
solução e a corrente cai. Na sequência, com o aumento do potencial ocorre a
ignição do plasma gerando espécies iônicas e não iônicas no ambiente gasoso em
volta dos ânodos, a corrente volta a subir. O potencial foi mantido em 550 volts
em que a corrente é mínima e o plasma se mantém estável.
A partir de 550 volts o plasma aumenta de intensidade, aumentando a capacidade
de degradação do ibuprofeno, aumentando também a corrente, o que é indesejável.
De 600 volts em diante o plasma causa a fusão dos ânodos de platina.
Para verificar a produção da espécie H2O2 preparou-se uma solução apenas com
eletrólito, retirando-se alíquotas de 10 em 10 minutos até 60 minutos. Observou-
se maior produção com o aumento de ânodos; a relação não é linear tendo em vista
as diferenças dos eletrodos expostos na solução.
Em todos os níveis do planejamento fatorial houve uma queda considerável da
absorbância em 390 nm, indicando a degradação do ibuprofeno, mas não se pode
afirmar que a degradação é completa e que os produtos são apenas carbono
inorgânico.
As análises de Carbono Orgânico Total indicam alta degradação do ibuprofeno, num
tempo de 60 minutos, para quase todos os níveis do planejamento fatorial, e da
ordem de 95% com as variáveis concentração do eletrólito a 2,0 g/L, voltagem de
550 V e 6 ânodos em 60 minutos.
Gráfico de corrente versus diferença de potencial para um a seis ânodos.
Conclusões
O comportamento do sistema em relação ao potencial aplicado e corrente registrada é semelhante, verificando-se aumento de corrente com o aumento do número de ânodos. É possível verificar por espectrofotometria a degradação do ibuprofeno a 50 mg/L em 165 mL de eletrólito a 2,0 g/L e voltagem de 550 V em 60 minutos, sem concluir se a degradação foi completa. Mas pelas análises de Carbono Orgânico Total pode-se concluir que a degradação chega a 95%. Conclui-se que a técnica de eletrólise sob plasma é muito eficiente e compete favoravelmente com outras técnicas de degradação de efluentes.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq e à FAPEMIG pela bolsa de iniciação científica e apoio financeiro concedidos e a UFV pelas facilidades.
Referências
CHEN, G. H.; Electrochemical technologies in wastewater treatment, Sep. Purif. Technol., 38, 1, 11–41, 2004.
EISENBERG, G. M.; Colorimetric determination of hydrogen peroxide. Industrial and Engineering Chemistry, Industrial & Engineering Chemistry, 18, 5, 327-328, 1943.
ESPLUGAS, S.; BILA, D. M.; KRAUSE, L. G. T. and DEZOTTI, M.; Ozonation and advanced oxidation technologies to remove endocrine disrupting chemicals (EDCs) and pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in water effluents, Journal of Hazardous Materials, 149, 3, 631-642, 2007.
HUANG, C. P.; DONG, C. and TANG, Z.; Advanced chemical oxidation: Its present role and potential future in hazardous waste treatment, Waste Manag. 13, 5–7, 361–377, 1993.
JIANG, B.; ZHENG, J.; QIU, S.; Wu, M.; ZHANG, Q.; YAN, Z.; XUE, Q. Review on electrical discharge plasma technology for wastewater Remediation, Chemical Engineering Journal, 236, 348–368, 2014.
NETO, B. B.; SCARMINIO, I. S. e BRUNS, R. E.; Planejamento e Otimização de Experimentos. 2a ed., Campinas-SP, UNICAMP, 299p, 1995.
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