REMOÇÃO DO CORANTE REMAZOL BLACK B DE SOLUÇÕES AQUOSAS SINTÉTICAS UTILIZANDO OS PROCESSOS FENTON E FOTO-FENTON

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Iniciação Científica

Autores

Santos, T.N. (IFPE) ; da Silva, A.M. (IFPE) ; Sales, P.B.P. (IFPE)

Resumo

Efluentes têxteis costumam ser carregados de corantes não fixados nas fibras, que pela ineficiência de tratamentos convencionais não são totalmente removidos. Por esse motivo há necessidade de se desenvolver métodos alternativos para a degradação completa dos mesmos. Os processos oxidativos avançados (POAs) são uma alternativa ao tratamento destes efluentes pois se baseiam na formação de radicais hidroxilas (OH-), os quais reagem com os contaminantes orgânicos podendo promover sua total degradação. Diante disso, o presente trabalho teve por objetivo avaliar o percentual de remoção da cor do corante Remazol Black B (RB5), presente em um efluente modelo. Foi utilizado um fotorreator para ensaios de fotólise direta, assim como testes de fotodegradação na presença de H2O2 e (FeSO4.7H2O)

Palavras chaves

POA; Foto Fenton; Corante

Introdução

A grande demanda de corantes na indústria têxtil é uma preocupação devido ao seu potencial de liberação no ambiente através de descargas de águas residuais. Particularmente nas indústrias têxteis, além da deterioração estética dos corpos da água, os corantes também causam danos à flora e fauna no meio ambiente (MANU et al., 2002). A indústria têxtil gera efluentes ricos em substâncias tóxicas, as quais, quando descartadas de forma desordenada em corpos hídricos, podem causar danos irreparáveis ao meio ambiente e à saúde pública. Dentre essas substâncias, podemos citar os corantes sintéticos e naturais, utilizados no processo de tingimento de tecidos. Estima-se que pelo menos 20% desses corantes sejam descartados em efluentes, devido a perdas ocorridas durante o processo de fixação da cor às fibras (SAQUIB & MUNEER, 2002). Estima-se que, em 2025, aproximadamente, 24% da água mundial será consumida pelas indústrias têxteis. Estima-se ainda que aumente em 50% o consumo de água nos países subdesenvolvidos e em 18% nos países desenvolvidos. Em média, são utilizados 160 m3 de água por tonelada de fibra nas etapas de tingimento, de lavagem, de branqueamento e de mercerização (CAPAR, et al. 2007). Os problemas mais importantes associados à utilização de água são a escassez e o aumento da poluição (TOLEDO, 2004; GHADOUANI & COGGINS, 2011). Os tratamentos propostos devem ser adaptados às exigências da legislação vigente, no caso brasileiro, à resolução CONAMA 430/2011. A conscientização dos riscos à saúde tem motivado a minimização destes problemas ambientais (LUSTOSA, 2013). Os processos oxidativos avançados (POA`s) têm sido bastante aplicados e têm minimizado, de forma eficiente, a presença de resíduos aquosos (APAYDIN, 2014). Tais processos degradam e remove componentes tóxicos, destruindo as espécies orgânicas poluentes (FORGACS, et al. 2004; SHU, et al. 2005; KLAVARIOTI et al., 2009). No estudo da degradação de corantes, é importante distinguir entre remoção da cor e degradação. A descoloração é simplesmente o desaparecimento da cor sem haver quebra da molécula do corante; frequentemente a descoloração ocorre quando o grupo cromóforo é quebrado, mas uma grande parte da estrutura da molécula permanece intacta. A degradação é um processo em que a molécula do contaminante é fragmentada em entidades químicas menores (HAO et al., 2000). Os tratamentos adotados pelas indústrias têxteis que operam por meio de sistemas físico-químicos, seguidos de tratamento biológicos via lodo ativado, embora obtenham uma eficiência relativamente alta na remoção da cor (cerca de 80%), apresentam como inconveniente à geração do lodo, o qual é ainda considerado crítico do ponto de vista ambiental, haja vista o teor de corantes adsorvidos (KUNZ et al., 2002). Por outro lado, os processos oxidativos avançados (POA) são uma alternativa ao tratamento de efluente têxtil, onde é possível obter ótimos resultados para descoloração e degradação do corante, sem uso de produtos químicos e com menos custos que os outros processos citados acima. Destacam-se como vantagens destes processos, o seu baixo custo operacional e sua eficiência na degradação de compostos orgânicos, sendo aplicados no tratamento de águas residuárias, subterrâneas e superficiais, e em solos contaminados. Eles geram radicais hidroxila (•OH), que são capazes de mineralizar a matéria orgânica devido a seu poder oxidante, convertendo-a em dióxido de carbono, água e íons; úteis no tratamento e pré-tratamento de compostos não biodegradáveis em água (Gogate, 2004; Klavarioti et al., 2009; Oliveira, 2013; Lustosa, 2013; Babuponnusami & Muthukumar, 2014). Segundo Haddad (2014), a oxidação usando reagente de Fenton é eficiente na degradação de corante em solução aquosa em bora não seja mais eficiente que a Foto-Fenton. Dentre os POAs, o processo Foto-Fenton tem sido amplamente utilizado para o tratamento de efluentes, como os têxteis, farmacêuticos, madeireiro, curtumes, entre outros. Este processo se caracteriza pela geração de radicais hidroxilas (•OH), ocorrendo uma reação entre sais ferrosos (Fe2+) e peróxido de hidrogênio (H2O2), associado à irradiação e em meio ácido. Processos que utilizam H2O2, combinado com UV e íons ferrosos, o oxidante deve ser usado em uma quantidade adequada para que não ocorra um residual, ocasionando em um gasto desnecessário em reagentes. Uma alternativa viável, para redução de custos relacionados a produtos químicos é o uso de irradiação UV-vis como fonte de fótons. Pois, quanto maior for à intensidade de radiação, maiores serão as taxas de remoção dos compostos, em um menor tempo reacional, uma vez que mais fótons por unidade de tempo estarão disponíveis para a produção de radicais hidroxilas (SOARES, 2011).

Material e métodos

TESTE DE FOTÓLISE Para os testes de fotólise o fotorreator era alimentado com 1L da solução de corante nas concentrações de 100ppm, 50ppm ou 25pmm; para cada concentração era realizada à analise separadamente, e então a bomba do sistema era acionada. A coleta do branco era feita antes da amostra entrar no reator, a coleta do tempo t = 0 era realizada depois da bomba acionada e antes da solução do corante entrar em contato com a radiação da lâmpada, em seguida dava-se início a contagem do tempo e a coletas das amostras eram feitas a cada 10 minutos, por um período de 90 minutos. TESTES FOTOCATALÍTICOS - FOTO-FENTON O fotorreator era alimentado com 1L da solução de corante preparada com 0,015g sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4 7H2O) nas concentrações de 100ppm, 50ppm ou 25pmm; para cada concentração era realizada uma análise, e então a bomba do sistema era acionada. A coleta do branco era feita antes da amostra entrar no reator, a coleta do tempo t = 0 era realizada depois da bomba acionada e antes da solução do corante entrar em contato com a radiação da lâmpada e antes da adição do agente oxidante. Foram realizados testes com peróxido de hidrogênio com volumes de 0,1 mL e 0,01 mL para as três concentrações da solução do corante. As quantidades do reagente utilizado no planejamento foram definidas antecipadamente após levantamento bibliográfico afim de ter continuidade nas investigações com as concentrações estabelecidas em etapas anteriores da pesquisa (Tabela 1). Tabela 1 – Condições experimentais. Ensaio H2O2 (mL) FeSO4 7H2O (g) UV 1 0,1 0,015 Com/UV 2 0,01 0,015 Sem/UV 3 0,1 0,015 Sem/UV 4 0,01 0,015 Com/UV TESTES DE FENTON COM H2O2 O fotorreator era alimentado com 1 L da solução de corante preparada com 0,015 g sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4 7H2O) nas concentrações de 100 ppm, 50 ppm ou 25 ppm; para cada concentração era realizada uma análise, e então a bomba do sistema era acionada. A coleta do branco era feita antes da amostra entrar no reator, a coleta do tempo t = 0 era realizada depois da bomba acionada e antes da adição do agente oxidante. Foram realizados testes com peróxido de hidrogênio com volumes de 0,1 mL e 0,01 mLpara as três concentrações da solução do corante.

Resultado e discussão

TESTES DE FOTÓLISE Com a finalidade de avaliar a degradação da solução do corante, realizou-se um experimento de fotólise no fotorreator contínuo apresentado na Figura 3. A solução do corante foi exposta à intensidade luminosa da lâmpada UV com potência de 70 W por 90 minutos. Observou-se que não houve nenhuma alteração da cor da solução do corante, mas quando realizada a varredura no espectrofotômetro notou-se que houve uma queda na concentração de corante nas amostras, embora não fosse visto a olho nu. Segundo Tsui et al. (2001), a fotólise direta da maioria dos corantes das indústrias têxteis pode ser difícil ou muito lenta, pois tais compostos são resistentes à degradação por UV. Houve um decaimento da concentração do corante na presença da luz para as três concentrações estudadas, a partir dos 10 minutos, houve um pequeno decréscimo nas três amostras, aos 30 minutos de reação obteve-se um resultado de 10% de remoção da cor para a amostra de 25ppm, já a de 50ppm teve 9% de remoção e a de 100ppm alcançou 13% . Chegando aos 90 minutos de análise observou-se que a amostra de 25ppm apresentou 19% de remoção da cor, enquanto as de 50 e 100 ppm os percentuais de remoção foram de 21% e 23%. Esses resultados estão de acordo com o obtido por Haji, Benstaali e Al-Bastaki (2011) que obtiveram um percentual de remoção em torno de 26% analisando amostras de soluções sintéticas por fotólise. A Figura 4 mostra a tonalidade da amostra de concentração de 100ppm após a exposição por 90 minutos. TESTES FOTOCATALÍTICOS - FOTO-FENTON (PRESENÇA DE OXIDANTE) A combinação do reagente de Fenton com a radiação ultravioleta resulta numa reação indireta, muito mais eficiente, pois o radical hidroxila possui potencial de oxidação (E° = 2,8 V) superior ao potencial de oxidação do peróxido de hidrogênio molecular (E° = 1,78 V), promovendo uma oxidação mais energética (BRITO & SILVA, 2012). O principal avanço deste processo, em relação ao processo Fenton, é o aumento da velocidade de degradação dos poluentes devido à presença da radiação UV. A velocidade de degradação aumenta porque ocorre a fotorredução do Fe3+ a Fe2+ e a fotólise do peróxido de hidrogênio produzindo mais radicais hidroxilas (GARCÍAMONTAÑO et. al., 2008; BABUPONNUSAMI & MUTHUKUMAR, 2014). Aos 40 minutos de exposição a radiação UV as três amostras atingiram 100% da remoção da cor, resultado aproximado com os de (Silva, 2015) que em 25 minutos de reação e exposição alcançou 95% de remoção para o azo corante, vermelho drimaren CL-5B em condições similares as desta pesquisa. Outras analises com volumes menores de agente oxidante foram realizadas afim de acompanhar o percentual de remoção de cor. A solução de corante não teve uma boa remoção da cor até 90 minutos, apesar de ter tido uma remoção significativa. Aos 40 minutos de exposição já tinha 50% e aos 90 min 71%. Estes resultados estão relacionados ao fato de quanto menor for o volume de agente oxidante maior vai ser o tempo para total remoção. TESTES DE FENTON COM H2O2 (AUSÊNCIA DE LUZ) A reação entre o corante, o H2O2 e FeSO4.7H2O, só seria satisfatória se na presença da radiação UV, sem essa interação a força de oxidação do peróxido de hidrogênio e do sulfato ferroso heptahidratado não são suficientes para que haja degradação da solução. O fato de ter picos de aumentos nos resultados, pode ter ocorrido pelo fato de estar gerando novos radicais que não estão na mesma faixa de absorbância do corante RB-5. Silva e Silva (2009), obtiveram tais resultados quando testaram a força de reação do peróxido no estudo de degradação dos corantes remazol black B, remazol red RB 133% e do fármaco antiviral Ganciclovir. Sem a interação e excitação que a radiação UV provoca na reação o agente oxidante praticamente não tem força para degradar o corante. Martins (2011), explica que em um meio com excesso de peróxido e altas concentrações de HO• com ausência da interação de uma fonte de radiação, há a tendência de existirem reações competitivas que produzem um efeito inibitório para a degradação, pois os radicais HO• são suscetíveis de recombinarem ou de reagirem formando novos radicais.

Evolução da degradação do corante com o tempo de exposição a radiação UVC.


Avaliação da solução de corante após processo de fotodegradação

Conclusões

Este trabalho teve como objetivo principal estudar o comportamento do corante Remazol Black B na presença de radiação UV/Vis e na ausência da mesma, avaliando o percentual de degradação de cor utilizando os processos de Fenton e Foto-Fenton. Os testes realizados com exposição à radiação UVC, 0,1mL de peróxido de hidrogênio e 0,015g de (FeSO4.7H2O), nas amostras com concentrações de 25ppm, 50ppm e 100ppm, mostraram que o total de remoção da cor se deu em torno de 20 minutos, com percentual de degradação de 100 %. Os testes sem luz foram os menos satisfatórios pois não houve remoção da cor. Já os ensaios com fotólise mostraram que há degradação porem em um período de tempo muito maior. Como perspectiva futura, o estudo do corante Remazol Black B se mostra bastante interessante, já que é um corante realmente usado nas indústrias têxteis do Brasil devido seu baixo custo e alta eficiência. Referente a este projeto, alguns pontos podem ser citados para continuidade dos estudos, como: • Análise e caracterização da estrutura química do Remazol Black B para avaliar a formação de possíveis produtos intermediários gerados durante a degradação. • Estudos que viabilizem a reutilização do efluente no final do processo. • Estudos fazendo uso de radiação solar.

Agradecimentos

Ao IFPE campus Ipojuca.

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