Uso da fotocatálise heterogênea em disciplina da graduação: eficiência fotocatalítica de semicondutores dopados com diferentes metais

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Castro, L.E.N. (UFPR) ; Viana, L.M.R. (UFPR) ; Blasques, D.C. (UFPR) ; Santos, J.V.F. (UFPR) ; Oliveira, D.M. (UFPR) ; Colpini, L.M.S. (UFPR)

Resumo

Os corantes sintéticos constituem uma parte importante de efluentes hídricos industriais, seu potencial de impacto ao meio ambiente gera grandes preocupações. A fotocatálise heterogênea tem sido estudada como uma alternativa promissora para o tratamento de uma série de efluentes, apresentando um grande potencial de aplicação como método de descontaminação. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi o estudo da aplicação dos catalisadores Zn/TiO2 sintetizados pelo método convencional de impregnação por excesso de solvente, dopados com diferentes metais (Ag, Co, Cu e Ni) na fotodescoloração de soluções do corante alimentício Vermelho 40, em presença de luz solar. Foi observado a maior eficiência de descoloração para o catalisador 6%Ag/6%Zn/TiO2, obtendo uma descoloração de 100% em pH 4.

Palavras chaves

impregnação; Zn/TiO2; luz solar

Introdução

Cada vez mais questões ambientais tem sido tema de preocupação da sociedade moderna, devido principalmente à contaminação do meio ambiente. Dentre os quais evidencia-se a poluição da água (NOGUEIRA & JARDIM, 1998; SILVA & REIS, 2009). Poluição essa, que as indústrias alimentícias têm responsabilidade, devido ao descarte de efluentes contendo altas concentrações de compostos orgânicos, especialmente corantes (VIANNA, TÔRRES & AZEVEDO, 2008). Diante disso, o estudo e o desenvolvimento de novas tecnologias avançadas de baixo custo para o tratamento desses poluentes no meio ambiente são urgentemente necessárias (AOUDJIT et al., 2018; NOGUEIRA & JARDIM, 1998; VIANNA, TÔRRES & AZEVEDO, 2008). Neste contexto, os Processos Oxidativos Avançados (POA) vêm despertando o interesse da comunidade científica e industrial devido ao seu potencial de degradação da matéria orgânica e coloração, ou seja, a descontaminação ambiental por meio de um processo sustentável a longo prazo com custo benefício relativamente baixo e simples operação (VIANNA, TÔRRES & AZEVEDO, 2008; NOGUEIRA & JARDIM, 1998). Assim, o presente trabalho teve por objetivo apresentar aos estudantes de graduação, na disciplina de Processos Oxidativos Avançados do curso de Licenciatura em Ciências Exatas da Universidade Federal do Paraná - Campus Avançado de Jandaia do Sul, conhecimentos sobre métodos e técnicas alternativas de tratamento de água assim como estudos de tratabilidade, além de verificar, por meio da fotocatálise heterogênea, o desempenho de catalisadores Zn/TiO2 sintetizados pelo método convencional de impregnação por excesso de solvente, dopados com diferentes metais (Ag, Co, Cu e Ni) na fotodescoloração de soluções do corante alimentício Vermelho 40 em diferentes pHs.

Material e métodos

As atividades desenvolvidas incluíram duas visitas técnicas na região noroeste do Paraná: Estação de tratamento de água (ETA) e Abatedouro de Aves. Essas visitas consistiam em oportunizar aos estudantes de graduação o contato com as técnicas convencionais de tratamento de água, ou seja, proporcionar uma formação mais ampla ao estudante possibilitando a construção de conhecimentos práticos ao verificar aspectos teóricos num ambiente real de funcionamento de uma empresa. E a parte experimental utilizando a técnica de fotocatálise heterogênea está descrita abaixo: O corante alimentício utilizado nos experimentos foi obtido da Duas Rodas Ltda, localizada em Jaraguá do Sul, Santa Catarina. Os catalisadores foram sintetizados com carga metálica nominal de 6%, pelo método de impregnação por excesso de solvente e em seguida calcinados a 400 ºC por 5 horas, de acordo com COLPINI e colaboradores (2014). As reações solares foram realizadas em batelada com a solução do corante a 10 mg.L-1 em pH natural em torno de 6,81 e pH ácido 4,0. O sistema experimental consistiu de um reator do tipo tanque, constituído de um vaso cilíndrico (Béquer) com capacidade de 250 mL e um agitador magnético para garantir a homogeneização das amostras durante o período de realização do experimento (2 h). Após tempos determinados de reação (0 a 120 min.), as misturas foram filtradas a vácuo sobre membranas de éster de celulose de 47 mm de diâmetro e 0,22 µm de porosidade. A porcentagem de descoloração das soluções em função do tempo foi determinada com espectrofotômetro UV, modelo EEQ9011I.UV-B da marca Drawell, no comprimento de onda máximo de 504 nm.

Resultado e discussão

Na Figura 1, são expostos os resultados da descoloração da solução de corante alimentício Vermelho 40 quando assistidos por luz solar em tempo reacional de 2 horas. Pela Figura 1, foi possível notar que em pH = 6,81 o desempenho dos catalisadores não foi satisfatório quanto ao resultado da descoloração, tendo a maior porcentagem de descoloração com o catalisador dopado com Ag, em torno de 44%. A fim de melhorar esse desempenho catalítico alterou-se o pH da solução para 4, em consequência disso, fica claro que em pH mais baixo promoveu um aumento na porcentagem de descoloração da solução do corante alimentício Vermelho 40, com exceção do catalisador dopado com Cu, para esse catalisador a porcentagem de descoloração foi mais baixa no pH alterado, menor que 30%, houve uma piora muito significativa no desempenho catalítico. Para o catalisador dopado com Ag, a porcentagem de descoloração chegou a aproximadamente 100%, fazendo com que ele se destacasse mediante os outros catalisadores.

Figura 1. Descoloração dos materiais em diferentes pH do meio reacional: a) Ag e Ni; b) Co e Cu.

Conclusões

Com base nos resultados obtidos foi possível concluir que o pH do meio reacional pode influenciar na atividade fotocatalítica dos catalisadores do tipo Zn/TiO2 dopados com Ag, Co, Ni e Cu. Para os catalisadores dopados com Ag, foi observada a melhor eficiência fotocatalítica com 100% de descoloração obtida para as soluções do corante alimentício Vermelho 40, quando o pH do meio foi reduzido para 4.

Agradecimentos

UFPR - Campus Avançado de Jandaia do Sul

Referências

AOUDJIT, L.; MARTINS, P.M.; MADJENE, F.; PETROVYKH, D.Y.; LANCEROS-MENDEZ, S. Photocatalytic reusable membranes for the effective degradation of tartrazine with a solar photoreactor. Journal of Hazardous Materials, v.344, 408-416, 2018.
COLPINI, L.M.S.; LENZI, G.G.; URIO, M.B.; KOCHEPKA, D.M.; ALVES, H.A. Photodiscoloration of textile reactive dyes on Ni/TiO2 prepared by the impregnation method: Effect of calcination temperature. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 2365, 2014.

NOGUEIRA, R. F. P.; JARDIM, W. F. A fotocatálise heterogênea e sua aplicação ambiental. Química nova, v. 21, n. 1, p. 69-72, 1998.
SILVA, S. S.; REIS, R. P. Problemas ambientais e o papel do estado: que tipo de intervenção é necessária. Disponível em:<http://www.sober.org.br/palestra/13/63.pdf>. Acesso em: 10 agosto de 2019.
VIANNA, V. B.; TÔRRES, A. R.; AZEVEDO, E. B. Degradação de corantes ácidos por processos oxidativos avançados usando um reator com disco rotatório de baixa velocidade. Química Nova, v. 31, n. 6, p. 1353-1358, 2008.