Degradação do corante têxtil Reactive Black 5 (RB5) através da fotocatálise heterogênea utilizando placas de latão

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Oliveira, E.D.C. (UFPE) ; Simões, T.B. (UFPE) ; Costa, J.L. (UFPE) ; da Silva, (UFPE) ; dos Santos, R. (UFPE) ; Ribeiro, A.T.S. (UFPE) ; Almeida, L.C. (UFPE)

Resumo

O presente estudo, está embasado em um novo modelo de sistema fotocatalítico para a degradação de efluentes têxteis, mediante o uso de fotocatálise heterogênea. Que teve como objetivo, investigar a fotodegradação do corante Reactive Black 5 (RB5) a partir do semicondutor ZnO adquirido na superfície do Latão calcinado. Os resultados de difração de raios-X mostraram a presença de óxido de zinco nas placas calcinadas e o MEV corroboraram apresentando a formação destes nanofios. Pode-se observar na degradação, que à medida que aumenta a área irradiada de 160 cm² para 224 cm² no sistema fotocatalítico, maior foi a degradação do corante. E ainda, foi observado que a concentração é inversamente proporcional. Obtendo melhores resultados para a menor concentração.

Palavras chaves

Corante têxtil; fotocatálise heterogênea; latão

Introdução

A água é um recurso indispensável à humanidade. Sua crescente demanda, devido ao crescimento populacional, vem acarretando sua poluição contínua(PAL,2017, AMETA, 2018).As indústrias produzem um gama de resíduos bastante diversificados, podendo variar desde compostos inorgânicos a orgânicos(ARAUJO et al, 2016,SANTANA et al,2016). Estes poluentes orgânicos, como por exemplo os corantes têxteis, apresentam resistência aos tratamentos de efluentes convencionais, pois atuam apenas na separação das fases e não na degradação. Como uma alternativa eficiente, surgem os processos oxidativos avançados (POA) (ANDREOZZI et al, 1999, AMETA,2018). Eles caracterizam-se pela capacidade de explorar a alta reatividade dos radicais hidroxila (OH-) nas reações de oxidação, podendo levar à mineralização dos contaminantes(VALLEJO et al,2015). Dentre os POA, a fotocatálise heterogênea é um processo que utiliza materiais semicondutores em combinação com a luz solar ou artificial. Esse tipo de material é caracterizado por possuir uma região de “bandgap” formada pelas bandas de valência (BV) e de condução (BC). Após a irradiação, os elétrons migram da banda de valência para a banda de condução gerando uma lacuna, sítios oxidantes e redutores, podendo assim catalisar as reações de degradação(NOGUEIRA; JARDIM, 1998, BRITO; SILVA,2012). O óxido de zinco é um semicondutor que possui um bandgap de 3,37 eV(YAN et al.,2013). O ZnO tem sido estudado por décadas, tendo se destacado em aplicações em optoeletrônica, luminescência, sensores, catalisadores, etc(FELTRIN, 2010, KADAM, 2017). Neste trabalho foi utilizado o latão como precursor do ZnO para degradação do corante Reactive Black 5. Além disso, foi observado o efeito da área irradiada e da concentração inicial do corante na eficiência do processo.

Material e métodos

A partir da folha de latão(C-260), foi necessária uma preparação preliminar para ser utilizada e para ser acoplada no reator. Para isso foram cortadas placas com dimensões de 2,4cm por 2cm, a fim de que, a área disponível para a aplicação do experimento seja de 2cmx 2cm. Após serem cortadas, as placas passaram por uma lavagem com uma solução de detergente neutro e enxaguadas com água destilada. Em seguida, elas foram limpas com solução de álcool, e por fim colocadas para secar em temperatura ambiente. Uma vez limpas, as placas de latão foram calcinadas à uma temperatura de 500°C, com uma rampa de aquecimento de 10°C por minuto, durante 2 horas, com o propósito de obtermos as fases de óxidos de zinco e de cobre. Em seguida, os ensaios fotocatalíticos no corante RB5, foram realizados em um fotorreator tubular com agitação constante, que possui uma capacidade de 468mL. Utilzou-se uma lâmpada sunlight de 300w(Osram) como fonte de irradiação. Para os testes, preparou-se uma solução do corante azo Reactive Black 5 (RB5), que apresenta seu principal pico com absorbância máxima no comprimento de onda λ= 598nm. Foram realizados ensaios para o estudo da área do catalisador e a concentração do corante na fotodegradação do efluente. O pH da solução foi ajustado, utilizando solução 0,5 molar de NH4OH. Nos primeiros 60 minutos de reação era retiradas alíquotas de 1mL a cada 10 minutos, nas duas horas seguinte uma coleta de 30 em 30 minutos, totalizando 3 horas de exposição à radiação. A técnica utilizada para a leitura da cor, foi um espectrofotômetro de UV-Vis(Merck Prove 300), para avaliar a fase cristalina dos semicondutores, a técnica de difração de raios X(DRX) e para observar a morfologia, a técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).

Resultado e discussão

A liga metálica utilizada, foi caracterizada através da técnica de difração de raios X (DRX). Na figura 1mostram os difratogramas da placa de latão sem calcinar (SC) e calcinada a 500ºC (500C). É possível observar os picos de difração característicos da liga Zn/Cu em ambos difratogramas, com reflexões de Bragg nos ângulos de difração 2Ө = 42,5°; 49,5°; 72,4°correspondentes aos planos cristalinos (1 2 0), (0 2 0) e (0 0 2). Por outro lado, foi possível corroborar a presença de picos de difração característicos do ZnO apresentando reflexões de Bragg nos ângulos de difração 2Ө = 31,7°; 34,4°; 36,2° correspondentes aos planos cristalinos (0 1 0), (0 0 2) e (0 1 1), respectivamente. Os picos de difração de ZnO foram identificados com o auxílio de fichas cristalográficas. Ainda na mesma figura, a morfologia da superfície da latão após o tratamento térmico avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS), confirmaram a formação de nanofios de óxido de zinco com valores dos elementos 76% de Zn, 6%Cu e 18% de O. Enquanto que o latão in natura foram observados valores de 29% de Zn e 71% Cu, o que corresponde ao latão do tipo C-260, confirmando os dados do fabricante. Os resultados de degradação do corante RB5, está exposto na Figura 2. Pode-se observar que à medida que aumenta a área irradiada de 160 cm² para 224 cm² no sistema fotocatalítico, maior foi a degradação do corante. A área está diretamente relacionada com quantidade de semicondutores inserido no sistema reacional, ou seja, a quantidade de sítios ativos disponíveis. Ainda, foi observado que a concentração é inversamente proporcional, sugerindo que há absorção de luz pelo corante, e, portanto, uma maior redução da eficiência do sistema para maiores concentrações.

Difratograma de Raios X das amostras de latão e imagens de MEV das superfícies das placas: 1) Latão sem calcinar (SC) e 2) Latão calcinado à 500ºC.


Estudo da área irradiada na degradação do corante RB5 nas concentrações de 10 mgL-1 e 40 mgL-1 ao longo do tempo.

Conclusões

O presente trabalho mostrou a degradação do corante RB5 no sistema fotocatalítico composto de placas de latão tratadas termicamente. A investigação mostrou resultados notórios e significativos, mostrando que a área irradiada foi diretamente proporcional a fotodegradação, enquanto que da concentração inicial do corante diminui moderadamente a eficácia do processo. Portanto, se essa relação é balanceada entre área x volume x concentração do corante, é possível projetar processos mais eficientes para a configuração do fotorreator em questão.

Agradecimentos

Ao Cnpq, CETENE e ao Laboratório µRAIQ/UFPE.

Referências

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