Sistema de foto-oxidação em linha para degradação de corante têxtil utilizando H2O2 30% e radiação UV

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Analítica

Autores

Araújo, R.J. (UFBA) ; Chagas, A.V.B. (UFBA) ; Felix, C.S.A. (UFBA) ; Pereira Junior, J.B. (UFBA) ; Andrade, H.M.C. (UFBA) ; Ferreira, S.L.C. (UFBA)

Resumo

Este trabalho tem como objetivo principal propor um método para a degradação de corante têxtil utilizando H2O2 30% e radiação UV, tendo a eficiência da degradação medida com um espectrofotômetro. O sistema consiste numa caixa de madeira fechada, pintada de preto por dentro, contendo um tudo PTFE enrolado em uma lâmpada 15 W UV. Durante a degradação, uma bomba peristáltica foi utilizada para transportar a solução do corante através da lâmpada. A reação de degradação foi online, e apresentou uma alta eficiência (Kapp = 0,1709 min-1). Um planejamento fatorial também foi feito, com o objetivo de otimizar o método, tendo como principais variáveis o tempo e o volume de H2O2 30%. O percentual de degradação atingiu aproximadamente 99% na condição considerada ótima.

Palavras chaves

Corantes têxteis; Degradação; planejamento fatorial

Introdução

A utilização de corantes para tingir tecidos é uma arte que teve início há milhares de anos, muito provavelmente na Índia ou na China, antes de 2500 a.C.. A obtenção destes corantes era feita através de fontes naturais, como plantas, árvores, raízes, sementes, casca de frutas, grãos e líquens, ou fontes animais, tais como insetos esmagados e moluscos. Corantes sintéticos, que possuem cores mais sólidas, foram desenvolvidos a partir do século XIX, por exigência do mercado, substituindo os corantes naturais (BELTRAME, 2006; GUARATINI et al, 2000). Os corantes reativos são os mais consumidos mundialmente. Caracterizam- se pela presença de um grupo eletrofílico (reativo) com capacidade de formar ligação covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino, hidroxila e tiois das fibras proteicas, e com grupos aminos das poliamidas, e possuem alta solubilidade em água. Podem ser utilizados em vários tipos de fibras, mas eles são aplicados principalmente no tingimento de fibras celulósicas, em especial, o algodão (BELTRAME, 2006; GUARATINI et al, 2000). Um grande problema dos corantes é o seu descarte. Seus rejeitos, provenientes da indústria têxtil, estão entre os maiores poluidores ambientais, especialmente o ambiente aquático. A natureza dos corantes permite a sua fácil detecção a olho nu, mesmo em concentrações muito baixas (< 1 mg L-1). Uma pequena quantidade lançada em efluentes pode alterar a coloração dos rios, podendo ser facilmente detectado pelo público e pelos órgãos ambientais (BELTRAME, 2006; GUARATINI et al, 2000). Este trabalho propõe um método de degradação de corantes utilizando H2O2 30% e radiação UV, aplicando também planejamento fatorial 2³, e avaliando a sua eficiência através das medidas de absorbância.

Material e métodos

Uma solução sintética de corante foi preparada, seguindo as instruções do fabricante, diluindo a solução resultante a 10%. O corante utilizado era comercial, da cor vermelha 343, adquirido no centro comercial de Salvador-BA. Para a degradação do corante foi utilizado H2O2 30% (m/m) (Merck, Darmstadt, Alemanha). O sistema de degradação utilizado foi montado em uma caixa de madeira, pintada de preto por dentro. Um tubo PTFE foi enrolado na lâmpada UV 15 W, com comprimento de 45 cm. A amostra percolou pelo tubo em volta da lâmpada com a ajuda de uma bomba peristáltica (FELIX et al., 2019). Um planejamento fatorial 2³ foi realizado, tendo como variáveis o volume de H2O2 30% (1 – 3 mL), o tempo de irradiação (15 - 45 min) e a vazão da bomba peristáltica (1,5 – 2,5 mL min-1) e as respectivas respostas foram medidas em sinais de absorbâncias no comprimento de onda ( = 510 nm). Triplicatas do ponto central foram feitas para determinar o erro experimental e o teste de curvatura. Os dados foram obtidos com o auxílio dos softwares Microsoft Excel® e Statistica 10®. A ordem dos experimentos foi aleatória.

Resultado e discussão

Um planejamento fatorial completo foi feito para otimizar o método. As variáveis utilizadas foram o volume de peróxido (1 – 3 mL), tempo de irradiação (15 – 45 min), e a vazão da bomba peristáltica (1,5 – 2,5 mL min-1). As condições ótimas foram encontradas próximas ao ponto central, de acordo com o teste de curvatura. A curvatura é a diferença entre a média das respostas dos experimentos do planejamento fatorial (RFD) e a média das respostas do ponto central (RCP). Uma curvatura positiva indica condição de resposta mínima perto do ponto central, enquanto que uma curvatura negativa indica resposta máxima perto do ponto central. Com curvatura igual a zero, não existe condição de máximo ou mínimo perto do ponto central (FERREIRA, 2015). O valor de curvatura encontrado foi -1,86, sugerindo condição de máximo próximo ao ponto central. A cinética da reação foi estudada com as condições do ponto central (2 mL H2O2 30%, 30 min de irradiação e 2 mL min-1 de vazão da bomba), devido ao resultado do teste de curvatura. As medidas de absorbância foram feitas a cada 2 min em  = 510 nm. A figura 1 mostra a evolução da degradação do corante em função do tempo. O estudo da cinética da reação de degradação mostrou que a constante cinética aparente (Kapp) é igual a 0,1709 min-1 (R² = 0,9905). Este valor foi obtido plotando os valores dos logaritmos naturais dos valores de C/Co em cada ponto (onde: C = Absorbância do ponto; Co = Absorbância inicial) e obtendo a equação da reta. Estes resultados mostram a eficiência obtida na degradação de corante utilizando H2O2 30% com lâmpada UV 15 W. A figura 2 mostra a linearidade dos dados satisfatória na utilização em corantes têxteis, com taxa de degradação superior a 96%.

Degradação do corante em função do tempo.


Degradação do corante com radiação UV

Conclusões

A utilização de H2O2 30% em sistema com lâmpada UV apresentou um resultado satisfatório na utilização em corantes têxteis, com taxa de degradação superior a 96%. O método utilizado tem como vantagens a eficiência, simplicidade, custo e portabilidade. Também deve ser destacado neste método é a não-geração de resíduos, pois não utiliza substâncias tóxicas e/ou altamente concentradas.

Agradecimentos

Os autores agradecem aos órgãos de fomento CAPES FINANCE code 001, CNPQ e FAPESB pelo apoio financeiro.

Referências

BELTRAME, L. T. C. Sistemas microemulsionados aplicados à remoção da cor de efluentes têxteis. Natal, EDUFRN, 2006.

GUARATINI, C. C. I.; ZANONI, M. V. B. Corantes Têxteis. Química Nova, v. 23, nº 1, 71-78, 2000.

FELIX, C. S. A.; SILVA, D. L. F.; CHAGAS, A. V. B.; MELO, M. B.; CRUZ JUNIOR R. A.; DAVID, J. M.; FERREIRA, S. L.C. A green on-line digestion system using 70% hydrogen peroxide and UV radiation for the determination of chromium in beer employing ETAAS. Microchemical Journal, v. 146, 1204-1208, 2019.

FERREIRA, S.L.C. Introdução às técnicas de planejamento de experimentos. 1ª ed, Editora Vento Leste, Salvador, Brasil, 2015.