Estudo cinético da degradação de solução aquosa contendo a mistura de corantes têxteis vermelho direto 23, vermelho direto 227 e laranja direto 26 empregando processo foto-Fenton/[i]sunlight[/i]

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Silva, J.C. (UFPE) ; Santana, R.M.R. (UFPE) ; Nascimento, G.E. (UFPE) ; Cavalcanti, V.O.M. (UFPE) ; Silva, P.K.A. (UFPE) ; Oliveira, M.A.S. (UFPE) ; Napoleão, D.C. (UFPE) ; Duarte, M.M.M.B. (UFPE)

Resumo

A indústria têxtil é um dos setores que contribuem para a poluição ambiental devido à geração de grandes quantidades de efluentes contendo corantes que causam impactos à saúde humana e ao meio ambiente. O emprego de processos oxidativos avançados (POA) no tratamento de corantes têxteis em soluções aquosas tem se mostrado eficiente. Dessa forma, realizou-se um estudo da evolução cinética da degradação de uma mistura de corantes têxteis empregando o POA foto-Fenton/sunlight avaliando o ajuste aos modelos de primeira e de segunda ordem. A partir de 50 minutos foi obtida uma faixa de 83 a 100 % de degradação para os comprimentos de onda estudados. Evidenciou-se que o modelo de segunda ordem apresentou um melhor ajuste aos dados experimentais.

Palavras chaves

Corantes; foto-Fenton; Cinética

Introdução

A poluição ambiental causada pela ação da indústria têxtil tem crescido notadamente tendo em vista o elevado consumo de água no seu processo produtivo, gerando efluentes poluídos e com forte coloração (CASTRO et al., 2014; HOLKAR et al., 2016; SOARES et al., 2014). Entre os constituintes presentes nos efluentes têxteis, os corantes podem ser considerados como a fonte principal de contaminação por estarem presentes em grandes quantidades, além de serem compostos recalcitrantes e possuírem estrutura química complexa (DASGUPTA et al., 2015; SOARES et al., 2014; TISA et al., 2014). Ananthashankar e Ghaly (2013) e Rauf e Ashraf (2012) relataram que quando os efluentes contendo os corantes são descartados indevidamente no corpo receptor podem interferir na penetração da luz solar o que afeta a fotossíntese, e ainda aumentar o consumo do oxigênio dissolvido, prejudicando a vida aquática. Diante disso, existe uma preocupação em tratar os efluentes têxteis a fim de reduzir o impacto sobre o meio ambiente. Apesar de tal necessidade, o tratamento convencional de efluentes oriundos da indústria têxtil é comprometido pela presença de corantes resistentes aos processos biológicos (DIAS et al., 2013; GRCIC et al., 2014; HAMOUD et al., 2017). Conforme Holanda et al., (2015) e Pimentel et al., (2015), alguns métodos físico-químicos têm sido utilizados para tentar resolver ou minimizar a poluição de corpos de água com corantes, tais como: eletrocoagulação, eletrofloculação, degradação fotoelétrica, eletroquímica, permuta iônica, irradiação e processos oxidativos avançados (POA). Os POA são técnicas utilizadas como opção para o tratamento de efluentes industriais, por se tratarem de tecnologia limpa que tem se mostrado eficiente para promover uma degradação não seletiva de compostos considerados persistentes (DIAS et al., 2013; NAVARRO; GABALDÓN e GÓMEZ-LÓPEZ, 2017). Entre os POA merece destaque o processo foto-Fenton, pois o mesmo tem demonstrado bons resultados na descoloração de efluentes têxteis. Segundo Nogueira et al. (2007) e Grcic et al. (2014), este tipo de POA consiste na geração adicional de radicais hidroxila devido a fotorredução dos íons férrico a íons ferroso pela ação da radiação na faixa do UV ou luz visível. Sarkar, Bhattacharjee e Curcio (2015) afirmam que, como qualquer outra técnica que envolve reações químicas, os POA apresentam algum tipo de cinética reacional, podendo esta ser modelada. Assim, faz-se necessário avaliar a evolução cinética da degradação dos compostos estudados através da aplicação de uma lei de velocidade, sendo esta a expressão da velocidade instantânea da reação em termos da concentração da espécie em qualquer instante (ATKINS e JONES, 2007; FIORENTIN et al., 2010; BARRETO et al., 2011). Segundo Atkins e Jones (2007), as reações de decomposição podem ser de primeira ordem quando a velocidade é proporcional à primeira potência da concentração, de segunda ordem quando a velocidade é proporcional à segunda potência, ou de ordem zero em que a velocidade não depende da concentração. Adicionalmente, quando uma reação de segunda ordem é transformada para primeira, temos ainda a reação de pseudo-primeira ordem. No estudo cinético da degradação oxidativa de corantes, Santana et al. (2017) citaram a utilização de um modelo linear de pseudo primeira ordem, sendo verificado um bom ajuste aos dados experimentais da degradação da mistura dos corantes têxteis azul reativo BF-5G e remazol vermelho RB 133% pelos processos Fenton e foto- Fenton. Chavaco, Arcos e Prato-Garcia (2017) testaram modelos de ordem zero, primeira e segunda ordem na degradação do corante laranja reativo 16 pelo processo foto-Fenton com radiação solar, sendo avaliado melhor ajuste quando se utilizou a cinética de segunda ordem. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de degradação da mistura dos corantes têxteis vermelho direto 23, vermelho direto 227 e laranja direto 26 empregando processo foto-Fenton com radiação sunlight, avaliando a adequação aos modelos de primeira ordem e de segunda ordem.

Material e métodos

Método analítico A matriz empregada neste estudo consistiu em uma solução aquosa contendo uma mistura dos corantes têxteis do tipo direto com grupos diazos: vermelho direto 227, vermelho direto 23 e laranja direto 26 na concentração de 10 mg∙L^-1 de cada corante. Esta solução foi analisada via espectrofotometria de ultravioleta visível (UV/Vis) (marca Thermoscientific, modelo Genesys 10S) para determinação dos comprimentos de onda de máxima absorbância (λ). Concluída esta etapa, preparou-se uma solução estoque de 100 mg∙L^-1, a partir da qual foram realizadas diluições para construção de curvas analíticas para cada um dos λ selecionados. As curvas analíticas foram construídas utilizando duas faixas de concentração: de 0,1 a 2,0 mg∙L^-1 e de 2,0 a 100,0 mg∙L^-1. Acompanhamento cinético da degradação da mistura de corantes empregando processo foto-Fenton/sunlight Nesta etapa, 1 litro de uma solução aquosa contendo a mistura dos corantes a uma concentração de 10 mg.L^-1 de cada corante foi submetida a ensaios de degradação por um período de 180 minutos, utilizando o POA foto- Fenton/sunlight em um reator revestido com folha de alumínio composto por uma lâmpada de 300 W e dois exaustores. A concentração do peróxido de hidrogênio ([H₂O₂]) empregada foi de 40 mg.L^-1 (Fmaia, 30 v/v) e a de ferro ([Fe]) foi de 1 mg.L^-1 tendo como fonte o FeSO₄·7H₂O (Química Moderna, pureza 99-101%). A solução foi ajustada para um pH inicial entre 3-4, uma vez que este é o pH ideal das reações de oxidação que envolvem ferro como catalisador conforme Feng et al. (2013). Alíquotas de 10 mL foram retiradas em intervalos regulares de tempo: 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 90, 120, 150 e 180 minutos. As amostras foram então quantificadas por espectrofotometria de UV/Vis, monitorando-se os λ característicos previamente selecionados. Em seguida, os modelos cinéticos de primeira ordem e segunda ordem foram ajustados aos dados experimentais com auxílio do software Origin Pro 8.

Resultado e discussão

Método analítico Foram verificados quatro λ característicos após a realização do scan no espectrofotômetro de UV/Vis: 240 nm, 306 nm, 373 nm e 511 nm. O valor de 240 nm é atribuído aos anéis de benzeno das moléculas dos corantes, estando próximos de valores citados na literatura característicos de compostos aromáticos conforme descrito por Paulino; Araújo; Salgado (2015) e Prado e Godoy (2003). Já o λ em torno de 306, 373 e 511 nm indicam a presença dos grupos cromóforos correspondentes às colorações laranja e vermelha. Com relação a construção das curvas analíticas, constatou-se que todas apresentaram boa linearidade e precisão, uma vez que todos os valores do coeficiente de correlação foram superiores a 0,90 conforme especificado pelo INMETRO (2010) e os valores do coeficiente de variância foram inferiores a 5% conforme Brasil (2003). Acompanhamento cinético da degradação da mistura de corantes empregando processo foto- Fenton/sunlight O POA utilizado no presente estudo mostrou-se eficiente na degradação da mistura dos corantes, conseguindo remover cor no intervalo de 50 minutos, com percentuais de degradação de 92,5%, 98,5% e 100% nos grupos identificados nos λ iguais a 306, 373 e 511nm, respectivamente. Com relação aos compostos aromáticos (λ = 240nm), obteve-se uma degradação de 83,0% para o intervalo de 90 minutos, sendo estes compostos mais difíceis de degradar. Foram gerados os gráficos de acompanhamento cinético, verificando os ajustes aos modelos propostos de primeira e segunda ordem (Figura 1). A análise da Figura 1 permite verificar que o modelo de segunda ordem apresentou melhor ajuste aos dados experimentais descrevendo satisfatoriamente os resultados da degradação da mistura de corantes. Os valores dos coeficientes de regressão linear (R²) para os ajustes dos modelos aos dados experimentais correspondentes a cada λ estudado estão apresentados na Tabela 1. Os maiores valores de R² foram obtidos para o modelo de segunda ordem indicando melhor ajuste aos dados experimentais conforme já constatado pela Figura 1. No estudo realizado por Chavaco; Arcos e Prato-Garcia (2017), obtiveram um percentual de descoloração (λ = 496nm) acima de 98% para 30 minutos de exposição à radiação solar natural, quando estudaram a cinética de degradação do corante laranja reativo 16 (100 mg.L^-1) utilizando o processo foto-Fenton. Os autores empregaram uma [H₂O₂] = 60 mg.L^-1, [Fe] = 5,0 mg.L^-1 e pH de 2,8 e avaliaram cinéticas de ordem zero, primeira e segunda ordem. Os autores constataram que dentre os três modelos avaliados, o de segunda ordem apresentou uma melhor adequação aos dados experimentais (R² = 0,81), com valores similares aos obtidos no presente trabalho.

Figura 1 - Gráficos de ajuste cinético: A) primeira; B) segunda ordem.

Tabela 1 - Coeficientes de regressão linear para os modelos estudados.

Conclusões

No presente estudo, a degradação da mistura dos três corantes apresentou resultados satisfatórios, com percentuais de degradação de 83% para os grupamentos aromáticos e acima de 92% para os cromóforos após 90 e 50 minutos, respectivamente. Ao avaliar a adequação dos modelos utilizados aos dados experimentais do acompanhamento cinético, constatou-se que o modelo de segunda ordem apresentou o melhor ajuste.

Agradecimentos

À coordenação de pós-graduação de Engenharia Química da UFPE e à Lavanderia Nossa Senhora do Carmo.

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