Degradação de efluente têxtil por meio de processo eletro-Fenton usando eletrodo de difusão gasosa (EDG) para geração in situ de H2O2

Resumo

Neste estudo avaliou-se a degradação do efluente têxtil em um processo eletro- Fenton (EF) através da eletrogeração de peróxido de hidrogênio (H2O2) utilizando eletrodo de difusão gasosa (EDG). A produção máxima de H2O2 foi de 116,0 mg L-1 nas condições de pH 3,0, corrente elétrica de 15 mA cm-2, fluxo de O2 de 0,75 L min-1 e dosagem de Fe de 0,40 g L-1. A eficiência na remoção de: turbidez foi de 98%, a DQO 62% e de COT foi de 37%. O EDG mostrou-se eficaz para produção de H2O2 e degradação do efluente têxtil, porém, necessita estar bem ajustado em relação às variáveis do processo, para que se possa obter o melhor rendimento na produção de H2O2 e evitar que ocorram reações paralelas.

Palavras chaves

Carbono Orgânico Total; Demanda Química de Oxigên; Peróxido de hidrogênio

Introdução

O Estado do Paraná, vem ao longo do tempo se consolidando como importante polo na indústria têxtil nacional, com destaque para o chamado corredor da moda (Maringá, Cianorte, Apucarana e Londrina). Maringá possui aproximadamente 700 empresas relacionadas ao setor (Câmara et al., 2006; Sindvest, 2006). Esta demanda do consumo de vestuários jeans tem levado a criação de novas indústrias, sendo essas grandes consumidoras de matérias- primas e geradoras de poluentes. Estima-se que as perdas de corantes para o ambiente podem variar de 10 a 15%. (Forgacs et al., 2004; Przystaś et al., 2012; Ben Mansur et al., 2012). A técnica eletro-Fenton baseia-se na produção eletroquímica do reagente de Fenton, que consiste em uma mistura de peróxido de hidrogênio e íons ferrosos (ou outros catalisadores metálicos) capaz de produzir radicais hidroxila (•OH). A adição de uma pequena quantidade de Fe2+ ou Fe3+ aumenta consideravelmente o poder oxidativo do H2O2 possibilitando a produção do (•OH) a partir da reação de Fenton (Brillas et al., 2009). O EDG apresenta uma estrutura aberta e altamente porosa com uma grande variedade de canais, interligando duas interfaces maiores de forma praticamente direta. Após o O2 permear o EDG e entrar em contato com a solução de eletrólito suporte ocorre na interface sólido-líquido a reação de redução de oxigênio (RRO), gerando eletroquimicamente o H2O2 em solução aquosa, podendo ser aplicado diretamente no efluente (Forti et al., 2007; Reis et al., 2012). O H2O2 é considerado um reagente químico “verde”, pois não libera subprodutos indesejáveis, já que se decompõem em H2O e O2(g). É um dos oxidantes químicos mais versáteis, por agir como redutor e oxidante, tendo alto potencial de oxidação. O fato deste oxidante ser eletrogerado também é uma vantagem pois evita possíveis contaminações com manuseio de produtos (Pletcher, 1999). Além de fornecer um suprimento ilimitado de reagente, o H2O2 gerado pela RRO não deixa resíduos no efluente por estar na forma gasosa, deste modo torna- se mais fácil controlar os níveis de H2O2 e evitar que fiquem resíduos do oxidante no efluente tratado. A reação catódica para geração de H2O2 não exige potenciais muito elevados de potencial de corrente elétrica, quando comparada a outras reações eletroquímicas, tornando o processo economicamente viável. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência da degradação do efluente têxtil por meio da eletrogeração de H2O2 utilizando um EDG, em um processo eletro-Fenton.

Material e métodos

O preparo do EDG foi realizado utilizando carbono amorfo condutor (negro de fumo) Vulcan XC-72R da Cabot Corporation, Brasil, com área superficial de 274 m2 g-1 e tamanho médio de partículas de 50 nm. Como aglomerante hidrofóbico foi utilizado um polímero a base PTFE (Politetrafluoretileno) com dispersão de 60% em H2O (Sigma-Aldrich). O preparo do EDG seguiu os procedimentos descritos em literatura (Forti et al., 2007; Rocha et al., 2012). A técnica de EF foi aplicada utilizando um sistema em batelada, sendo um béquer de vidro com capacidade máxima de 1000 mL, uma fonte de corrente contínua Instrutherm (FA 1030) e um sistema de oxigenação composto por um compressor Wimpel Comp3. O ânodo utilizado foi de aço inox (316L) e como cátodo utilizou-se o EDG com área total de 18,84 cm2. O catalisador da reação foi o sulfato ferroso (Fe II) (FeSO4.7H2O, Anidrol PA). O pH do efluente foi ajustado usando soluções de HCl 0,10 mol L-1 e NaOH 0,10 mol L- 1. Por meio de um planejamento fatorial com pontos centrais e axiais foram realizados 18 experimentos. As variáveis estudadas foram: pH (2,0 - 6,0), concentração de Fe (0,20 - 1,30 g L-1), corrente elétrica (3,0 - 40,0 mA cm- 2) e fluxo de O2 (0,30 - 1,65 L min-1). Para o controle da eficiência do tratamento foi avaliada a eficiência na remoção de turbidez, Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Carbono Orgânico Total (COT).

Resultado e discussão

O EDG obteve uma produção máxima de 116,0 mg L-1 de H2O2 e as melhores condições foram avaliadas considerando o pH, potencial de corrente elétrica, oxigenação e concentração de Fe, e estão representadas na Figura 1. A maioria dos valores de pH testados apresentaram bons resultados no experimento, isso pode ser observado no intervalo de 2,5 a 4,0. Essa eficiência é explicada pela tendência do pH em se manter próximo de 3,0 durante os experimentos. Em valores de pH muito baixos ou mais elevados foi observado perda de eficiência na produção de H2O2. A densidade de corrente elétrica mostrou-se bem seletiva apresentando melhores resultados na faixa dos potenciais 15 e 25 mA cm-2. Isso também ocorreu com o efeito da oxigenação, que obteve melhor rendimento quando aplicado entre 0,50 e 0,75 L min-1. Com fluxo mais elevado de 1,20 e 1,65 L min-1 a resistência do meio aumentou, criando uma massa excessiva de bolhas de potencial constante, e então a corrente passou a diminuir, resultando em uma redução na produção de H2O2. A concentração de Fe, apresentou melhor eficiência nas concentrações entre 0,20 e 0,8 g L-1. Em relação ao teor de Fe residual, a maioria dos experimentos apresentou valores dentro do limite de 15 mg L-1 estabelecido em norma (Conama, 2011). Valores mais elevados foram observados em experimentos com dosagens superiores a 1,0 g L-1. O sistema proposto apresentou eficiência na redução de turbidez superior a 90% na maioria dos experimentos, com valor máximo de redução de 98%. A DQO apresentou sua maior eficiência com 62% de remoção e a remoção de COT foi de 37%. A Figura 2 mostra a evolução do processo EF desde o início do experimento com o efluente in natura à esquerda, sendo que nas etapas seguintes o efluente apresentou uma coloração amarelada, devido a interação com o Fe. E por fim, à direita está a amostra de efluente tratado.

Gráfico geração de H2O2

Efeito das variáveis na produção de H2O2. (A)variação do pH; (B)variação da corrente elétrica; (C)variação do O2 e (D)variação da dosagem de Fe.

Amostras do efluente tratado

Amostras coletadas durante os experimentos mostrando a evolução do processo EF.

Conclusões

O EDG mostrou-se eficiente para o estudo proposto, sendo eficaz tanto na produção de H2O2 quanto na degradação do efluente têxtil. A produção máxima de H2O2 foi de 116,0 mg L-1, nas condições de pH 3,0, corrente elétrica de 15 mA cm-2, fluxo de O2 de 0,75 L min-1 e dosagem de Fe de 0,40 g L-1. A redução de turbidez foi de 98% a DQO apresentou sua maior eficiência com 62% de remoção e a remoção de COT foi de 37%.

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES, CNPq, Fundação Araucária, Cabot Corporation, Brasil pelo apoio.

Referências

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