Estudo da degradação fotocatalítica do Diuron aplicando processo Fenton Heterogêneo

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Magalhães Nascimento, U. (UFMA) ; Braga Henriques, R. (UFMA) ; Freitas Diniz, P.A. (UFMA)

Resumo

Processo oxidativo avançado Fenton heterogêneo tem sido estudado como uma alternativa aos tratamentos convencionais de efluentes, combinando Fe com peróxido de hidrogênio que geram radicais hidroxila os quais são ativos na degradação de poluentes orgânicos. Neste projeto estudou-se a síntese e a aplicação de partículas hematita como catalisador no processo Fenton na degradação do Diuron. O catalisador sintetizado foi caracterizado por técnica de DRX, MEV e Zeta, e foi aplicado um planejamento fatorial 2 para avaliar-se o efeito das variáveis independentes; pH inicial, concentração de Fe e tempo de envelhecimento no tamanho das partículas. Utilizamos o catalisador teste para avaliar a degradação do Diuron via Fenton-like, onde obtemos uma degradação de 59 %.

Palavras chaves

Diuron; Fenton-Heterogêneo; POA

Introdução

A constante poluição da água e do solo como resultado de descargas ilegais de resíduos, tais como pesticidas, herbicidas, corantes, metais pesados, entre outros, vêm causando crescente preocupação ambiental. Entre estes, o Diuron, herbicida utilizado para eliminação de ervas daninhas, mesmo tendo baixa solubilidade em água, é um composto biorecalcitrante com ótima estabilidade química, sendo ainda classificado como um composto cancerígeno e genotóxico, o que dificulta o tratamento deste resíduo por métodos convencionais. (VICENTE et al, 2012; KHONGTHON et al., 2016; HUANG et al, 2017). Os Processos Oxidativos Avançados (POA’s) têm sido amplamente utilizados para o tratamento de águas residuais, operando perto da temperatura e pressão ambiente. Os POA’s consistem na produção de radicais hidroxilas que atacam a maioria das moléculas orgânicas com pouca ou nenhuma seletividade ( GAJOVIĆ et al., 2011). Entre os vários POA’s, o processo de Fenton é um dos métodos mais promissores para o tratamento de águas residuais (BOLOBAJEV, J.; TRAPIDO, M.; DULOVA, N, 2015). A aplicação do processo Fenton-like usa de sistemas de ferro imobilizados em uma matriz sólida (geralmente óxidos de ferro), onde a reação ocorre sem que o ferro passe para a solução, isto é, a reação se dá via processo heterogêneo (OLIVEIRA et al., 2013). Diversos óxidos de ferro como magnetita, hematita, goethita ou ferridrita, têm sido usados em substituição ao sistema Fenton tradicional, com o Fe(3+) solúvel. A utilização destes catalisadores objetiva a possibilidade do emprego de um material de baixo custo, que possa ser reciclado e que diminua a geração de lodo.

Material e métodos

Síntese de Nanopartículas de Hematita Para a síntese do catalisador de ferro, utilizou-se um planejamento fatorial 23 com dois níveis, para avaliar o efeito de três variáveis, com três pontos centrais, tendo como variáveis independentes a concentração de cloreto de ferro hexahidratado, faixa de pH e tempo de envelhecimento, com seus valores descritos na Tabela 1.a. A síntese de partículas de hematita foi realizada via precipitação, e ao final da reação o precipitado foi lavado com água destilada várias vezes para eliminar o excesso de cloreto, seguida de uma analise qualitativa com solução de AgNO3 (0,001 M) e após, seco a 60°C. As amostras foram caracterizadas por DRX, MEV, EDS, e ZETA. Teste de Degradação Em todos os experimentos, foram usados 50 ml de solução Diuron com concentração de 50 g/L. No béquer contendo a solução foi adicionado o catalisador teste a concentração de 0,5 mg/l. Essa dispersão foi sonicada por 15 minutos em banho ultrassônico, e o pH foi ajustado para 3,0 adicionando-se soluções de HNO3 10%. Em seguida, a dispersão ficou por 15 minutos sob agitação, para se atingir o equilíbrio de adsorção entre o catalisador e as moléculas do Diuron. Posteriormente, o peróxido (1 e 2 ml) foi adicionado e deixado sob agitação por 60 minutos. Por fim, o efluente tratado foi filtrado a vácuo com membranas de éster de celulose (Millipore) de 0,45 μm de diâmetro médio de poro Durante todos os experimentos, foi mantida a temperatura ambiente. As amostras foram caracterizadas por HPLC realizados em triplicata.

Resultado e discussão

Na Tabela 1.c segue os fatores analisados no estudo. O método adotado mostrou-se robusto, uma vez que em 6 de 11 sínteses resultou na formação apenas de hematita.Nas sínteses que não formaram precipitado, observou-se uma solução esverdeada e ao adicionarmos NaOH, observou-se formação de precipitado, que pode ter ocorrido por os precipitados não formarem produtos estáveis(MATIJEVIC et al., 1978). Na Figura 2.a, observa-se que os picos de difração estão coincidindo com o valor de referência da hematita romboédrica, comprovando a formação de hematita com partículas de alta pureza e boa cristalinidade. A partir dos dados do DRX, calculou-se a área dos picos para analisar a cristalinidade das partículas (Fig.2.b), onde percebe-se que quanto maior a concentração de Fe, maior o grau da cristalinidade, sendo a variável mais significativa. Como observado no Gráfico 2.c, o potencial zeta é uma função do pH. As amostras apresentaram o PIE, que ocorre no pH onde o potencial zeta é zero, que variam entre 7,68 e 6,07, conforme encontrado na literatura. Para obter mais informações das estruturas, a Figura 2.d mostra uma tendência a partículas esféricas, por meio do MEV. TESTES CATALÍTICOS A Tabela 1.c mostra os valores das áreas de picos para o Diuron. Em todos os ensaios detectou-se um pico de DCPMU, confirmando a degradação Diuron (Área=438500,9). A melhor degradação ocorreu com a reação direta com o H2O2, devido a ausência do catalisador, não havia concorrência do Fe3+ com o •OH (NEYENS, E.; BAEYENS, J;2003.).Quanto a presença do catalisador, o teste três obteve a maior taxa, constando-se que o aumento de H2O2 influencia na efetividade da degradação, uma vez que no teste com 2 ml de H2O2 temos 59,00 % de degradação, enquanto que com 1 ml obteve-se apenas 29,12%.

a)Valores das Variáveis Independentes b)Valores da Área dos Picos c)Condições de Síntese da Hematita


a)Difratograma de Raio X b)Gráfico de Pareto c)Gráfico de Pontencial Zeta d)Microscopia Eletronica de Varredura

Conclusões

Os resultados obtidos mostraram que a concentração exerce um papel fundamental para a um bom rendimento da síntese, e que sua combinação com o tempo resulta em um bom grau de cristalinidade para as amostras. A metodologia mostrou-se simples e econômica, uma vez que foi necessário o uso de apenas um reagente (FeCl3.6H2O) e controle da acidez, podendo adotar diversas faixas de tempo de envelhecimento. Com o processo Fenton-Like foi possível degradar até 59,00% do contaminante na condição de 1mg/L e 2ml de catalisador e H2O2, respectivamente.

Agradecimentos

Ao CnPQ pelo suporte financeiro, a UFMA e ao NCCA pelo suporte físico.

Referências

BOLOBAJEV, J.; TRAPIDO, M.; DULOVA, N. Application of Different Techniques for Activation of H2O2/Fe3+ System: A Comparative Study. Journal of Advanced Oxidation Technologies, v. 18, n. 2, p. 347-352, 2015.
GAJOVIĆ, Andreja et al. Tailoring the phase composition and morphology of Bi-doped goethite–hematite nanostructures and their catalytic activity in the degradation of an actual pesticide using a photo-Fenton-like process. Applied Catalysis B: Environmental, v. 103, n. 3, p. 351-361, 2011.
HENRIQUES, Andréia Bicalho. Caracterização e estudo das propriedades eletrocinéticas dos minerais de ferro: hematita, goethita e magnetita. 2012.
HUANG, Danlian et al. Combination of Fenton processes and biotreatment for wastewater treatment and soil remediation. Science of The Total Environment, v. 574, p. 1599-1610, 2017.
KHONGTHON, Worachate et al. Degradation of diuron via an electrochemical advanced oxidation process in a microscale-based reactor. Chemical Engineering Journal, v. 292, p. 298-307, 2016.
MATIJEVIC, E.; SCHEINER, P. Ferric hydrous oxide sols III. Preparation of uniform
NEYENS, E.; BAEYENS, J. A review of classic Fenton’s peroxidation as an advanced oxidation technique. Journal of Hazardous materials, v. 98, n. 1, p. 33-50, 2003.
OLIVEIRA, Luiz CA; FABRIS, José D.; PEREIRA, Márcio C. Óxidos de ferro e suas aplicações em processos catalíticos: uma revisão. Quim Nova, v. 36, p. 123-130, 2013.
SANTOS, Jomilson Moraes dos. Desenvolvimento de biocidas inorgânicos a base de óxidos de titânio e silício com prata para desinfecção de águas contaminadas com microrganismo. 2010.
VICENTE, Fernando et al. Diuron abatement in contaminated soil using Fenton-like process. Chemical Engineering Journal, v. 183, p. 357-364, 2012.