Acompanhamento cinético da degradação de solução aquosa contendo a mistura dos corantes têxteis amarelo direto 12 e preto reativo 5 empregando processo foto-Fenton/sunlight
ISBN 978-85-85905-23-1
Área
Ambiental
Autores
Santana, R.M.R. (UFPE) ; Nascimento, G.E. (UFPE) ; Cavalcanti, V.O.M. (FACULDADE DOS GUARARAPES) ; Silva, J.C. (UFPE) ; Macêdo, J.S. (SENAI) ; Silva, P.K.A. (UFPE) ; Oliveira, M.A.S. (UFPE) ; Duarte, M.M.M.B. (UFPE) ; Napoleão, D.C. (UFPE)
Resumo
O emprego de processos oxidativos avançados (POA) no tratamento de corantes têxteis em soluções aquosas tem se mostrado eficiente. Dentre os diversos tipos de POA, o processo foto-Fenton vem merecendo destaque, uma vez que pode ser utilizado com radiação solar (artificial ou natural). No presente estudo, avaliou-se a adequação a cinética reacional da degradação da mistura dos corantes têxteis amarelo direto 12 e preto reativo 5 empregando o POA foto- Fenton com radiação sunlight. Evidenciou-se que os dados experimentais apresentaram uma melhor adequação ao modelo polinomial de segunda ordem, com valores de coeficiente de regressão linear superiores a 0,90.
Palavras chaves
Cinética; Corantes têxteis; Foto-Fenton/sunlight
Introdução
É crescente a contaminação dos corpos hídricos em todo o mundo. Desse modo, pesquisadores têm avaliado diferentes classes de poluentes, dentre os quais se destacam os corantes (BORTOTI et al., 2016). Essas substâncias têm sido identificadas no Nordeste brasileiro, uma vez que nessa região existem uma grande quantidade de indústrias têxteis (SILVA et al., 2017). Entre os corantes utilizados, aqueles pertencentes ao grupo azo, caracterizados pela presença de (-N=N-), são os mais consumidos (70%), perdendo-se cerca de 15% durante o tingimento. Além de provocar a redução da penetração de luz e consequente inibição da fotossíntese nos ambientes aquáticos, vários corantes azo são apontados como mutagênicos e carcinogênicos. Como a maioria dos corantes azoicos não apresentam biodegrabilidade, a preocupação com os efluentes têxteis vem crescendo nas últimas décadas (ZHAO et al., 2018). As estações de tratamento de efluentes convencionais, ou seja, aquelas que empregam processos físicos, químicos e biológicos, muitas vezes não conseguem degradar completamente a cor. Sendo assim, tratamentos alternativos como processos adsortivos e processos oxidativos avançados (POA) têm sido utilizados com o objetivo de remediar a contaminação advinda desses compostos. Os POA apresentam como vantagem a degradação dos poluentes, convertendo-os a dióxido de carbono, água e sais inorgânicos (ANANTHASHANKAR et al., 2014). Dentre os tipos de POA mais utilizados encontram-se os processos Fenton e foto-Fenton, a ação UV/H2O2 e a fotocatálise heterogênea (LIMA et al., 2016). Com exceção do processo Fenton, esses tratamentos ocorrem em presença de luz (ultravioleta ou solar), que em conjunto com um forte agente oxidante (geralmente, peróxido de hidrogênio) atuam na liberação/formação de radicais hidroxilas (CHAKMA; DAS; MOHOLKAR, 2015). O processo foto-Fenton quando utilizado na degradação de substâncias corantes tem demonstrado bons resultados com eficiência de descoloração superiores a 90%, o que mostra sua viabilidade. Embora muito se tenha estudado a cerca desse tipo de POA, pouco ainda se tem avaliado quanto a cinética reacional da degradação de corantes (FIORENTIN et al., 2010; BARRETO et al., 2011). Chan e Chu (2003) propuseram um modelo não- linear que leva em consideração as concentrações inicial e final do composto e duas constantes que envolvem a capacidade de oxidação (σ) e taxa de decaimento (ρ). Já Santana et al. (2017) verificaram um bom ajuste dos dados experimentais a um modelo linear de pseudo primeira ordem para a degradação da mistura dos corantes têxteis azul reativo BF-5G e remazol vermelho RB 133% ao fazer uso dos processos Fenton e foto-Fenton. Diante do exposto, o presente trabalho teve por objetivo geral promover a degradação da mistura dos corantes têxteis amarelo direto 12 (AD12) e preto reativo 5 (PR5) empregando processo foto-Fenton com radiação sunlight. O trabalho teve ainda como objetivos específicos avaliar a adequação da cinética reacional a três modelos: polinomial de primeira ordem, polinomial de segunda ordem e não-linear de Chan e Chu.
Material e métodos
Método analítico Inicialmente foi preparada uma solução aquosa com a mistura dos corantes têxteis amarelo direto 12 (AD12) (Marca: Exatacor) e preto reativo 5 (PR5) (Marca: Exatacor) a uma concentração de 50 mg∙L-1. Esta solução foi analisada via espectrofotometria de ultravioleta visível (UV/Vis) para determinação dos comprimentos de onda característicos (λ). Uma vez identificados tais λ, construiu-se as curvas analíticas com faixa linear de concentração de 2 a 100 mg∙L-1. A metodologia utilizada apresentou valores de coeficiente de correlação (r) superiores a 0,997, sendo, portanto linear, uma vez que para o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia valores maiores que 0,995 indicam a linearidade do método (INMETRO, 2011). Emprego do processo foto-Fenton/sunlight A etapa de degradação da solução aquosa contendo a mistura dos corantes AD12 e PR5 (solução de trabalho) foi realizada em reator de bancada sunlight empregando o processo foto-Fenton. O reator é composto por uma lâmpada de 300 W (Osram) e dois exaustores, sendo revestido com folha de alumínio, para este reator foi medida ainda a emissão de fótons do reator, com radiômetro (Emporionet). Desse modo, 1L da solução de trabalho foi irradiada por um período total de 180 min, empregando uma concentração de de H2O2 ([H2O2]) e ferro ([Fe]) iguais a 60 mg∙L-1 e 1 mg∙L-1, respectivamente. O peróxido de hidrogênio (Química Moderna) utilizado foi devidamente padronizado (30% v/v) e a fonte de ferro foi FeSO4∙7H2O (Vetec). A solução foi ajustada para um pH inicial entre 3-4, uma vez que este é o pH ideal da reação de Fenton. Acompanhamento cinético A fim de realizar o acompanhamento da cinética reacional foram retiradas alíquotas de 4 mL nos tempos de: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 150 e 180 min. Em seguida, foram analisados o ajuste a três diferentes cinéticas, sendo duas delas linear (primeira e segunda ordem) e um modelo não-linear proposto por Chan e Chu (2003). Os ajustes aos modelos foram feitos com auxílio do software Origin Pro 8.
Resultado e discussão
Método analítico Foram identificados quatro comprimentos de onda (λ)
característicos para a solução de trabalho contendo os corantes AD12 e PR5,
sendo eles: a) 398 e 252 nm para o AD12 e b) 598 e 311 nm para o PR5. Neste
caso, os λ iguais a 398 e 598 nm são responsáveis por conferir a cor (grupos
cromóforos), enquanto que os valores de λ iguais a 252 e 311 nm são
característicos dos grupamentos aromáticos, os quais podem ser responsáveis
pela presença de toxicidade dos compostos em estudo (PAULINO; ARAÚJO;
SALGADO, 2015).
Emprego do processo foto-Fenton/sunlight Primeiramente, foi
medida a emissão de fótons do reator (Figura 1), sendo esta igual a
5,35x108 W·cm-2. O processo oxidativo avançado
utilizado no presente estudo mostrou-se eficiente na degradação da mistura
dos corantes AD12 e PR5, conseguindo remover a cor em mais de 99%,
degradando 99,26% e 98,08% dos grupos identificados nos λ iguais a 598 e 398
nm, respectivamente. No que diz respeito a degradação dos grupamentos
aromáticos, foi evidenciada uma diminuição de 85,41% e 68,18% da
concentração para os λ de 311 e 252 nm, respectivamente. Logo, pode-se
afirmar que o processo foto-Fenton foi eficiente na descoloração da solução
e que o mesmo conseguiu degradar significativamente os grupos aromáticos,
com maior eficiência para λ igual a 311 nm.
Acompanhamento cinético Para análise da cinética do processo foram
retiradas as alíquotas nos tempos descritos na metodologia, realizada a
análise no espectrofotômetro de UV/Vis e calculados os percentuais de
degradação. Em seguida foram montados os gráficos para os três diferentes
modelos cinéticos avaliados (Figura 2).
A análise da Figura 2 permite verificar que dois dos modelos estudados
apresentaram valores de coeficiente de regressão linear (R2)
superiores a 0,90, indicando uma boa adequação dos dados experimentais,
foram eles: polinomial de segunda ordem (Figura 2b)) e modelo não-linear de
Chan e Chu (Figura 2c)). Embora, os dados experimentais tenham se ajustado
bem aos 2 modelos, visualmente percebe-se que o modelo polinomial de segunda
ordem apresentou ainda um melhor ajuste quando comparado ao modelo proposto
por Chan e Chu. Já o modelo polinomial de primeira ordem não apresentou um
bom ajuste dos dados experimentais, sobretudo para os grupos aromáticos (598
e 398 nm).
Desenho esquemático do reator de bancada sunlight (Fonte: Santana et al., 2017)
Gráficos de ajuste cinético: a) primeira ordem; b) segunda ordem; c) Chan e Chu; d) Coeficientes de regressão linear
Conclusões
O presente estudo permitiu concluir que o processo foto-Fenton empregando radiação sunlight foi eficiente na degradação da solução aquosa da mistura dos corantes amarelo direto 12 e preto reativo 5. Ao avaliar a adequação dos dados do acompanhamento cinético, constatou-se uma boa adequação aos modelos polinomial de segunda ordem e não linear de Chan e Chu, sendo os valores dos coeficientes de regressão linear superiores para o primeiro modelo.
Agradecimentos
À CAPES, à FADE/UFPE, ao NUQAAPE/FACEPE e à Lavanderia Nossa Senhora do Carmo.
Referências
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FIORENTIN, L. D.; TRIGUEROS, D. E. G.; MÓDENES, A. N.; ESPINOZA-QUIÑONES, F. R.; PEREIRA, N. C.; BARROS, S. T. D.; SANTOS, O. A. A. Biosorption of reactive blue 5G dye onto drying orange bagasse in batch system: Kinetic and equilibrium modeling. Chemical Engineering Journal, v. 163, p. 69-77, 2010.
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SANTANA, R. M. R.; NASCIMENTO, G. E.; NAPOLEÃO, D. C.; DUARTE, M. M. M. B. Degradation and kinetic study of Reactive blue BF-5G and Remazol red RB 133% dyes using Fenton and photo-Fenton process. Electronic Journal of Management, Education and Environmental Technology (REGET), v. 31, n. 2, p. 104-118, 2017.
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