ÁREA
Química Ambiental
Autores
Santos, D.M. (UFPE) ; Marques, E.H.O. (UFPE) ; Aquino, R.V.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA) ; Medeiros, H.H.S. (UFPE) ; Silva, M.G.N. (UFPE) ; Rocha, O.R.S. (UFPE)
RESUMO
No presente trabalho, foi avaliada a degradação da mistura de corantes amarelo tartrazina e verde rápido por processos oxidativos avançados, com uso do oxidante persulfato (S2O8), sendo estudada sua ativação por radiação UV e por íons ferro. Além disso, foi avaliado o uso do ácido cítrico como agente quelante de ferro em pH neutro. O melhor sistema foi o S2O8/Fe/UV, onde o S2O8 foi ativado simultaneamente pelo ferro e radiação UV. Nesse sistema foi obtida mais de 95% de remoção de corante após 45 minutos para a mistura dos corantes amarelo tartrazina e verde rápido. Nos sistemas em que se utilizou o agente quelante, houve degradação eficiente na faixa de pH neutro.
Palavras Chaves
Degradação de Corantes; Foto-Fenton ; Ácido cítrico
Introdução
A descarga de corantes sintéticos em águas residuais é uma crescente preocupação ambiental por causa do caráter carcinogênico desses compostos. A presença desses corantes também confere cor aos efluentes, o que pode causar bloqueio da luz solar, tendo como consequência a baixa atividade fotossintética para a vida aquática. Logo, é muito importante tratar esses efluentes coloridos (AJMAL et al. 2016). Os Processos de Oxidação Avançada (POAs) são métodos de tratamento de substratos por meio de radicais altamente oxidantes, como, por exemplo, radicais hidroxila (•OH) e radicais sulfato (SO4•), e são considerados uma boa alternativa para o tratamento de águas residuais. Os radicais SO4• possuem potencial de oxidação E0 = 2,4 V e podem ser produzidos a partir da ativação química ou térmica do ânion persulfato (PS). Este ânion possui várias vantagens, como alta solubilidade aquosa, elevada estabilidade à temperatura ambiente e custo relativamente baixo (ROMERO et al. 2010). Entre os diferentes metais de transição que podem ser utilizados na ativação do PS, o ferro em sua forma ferrosa é o metal usado com mais frequência, por ser barato e altamente disponível. A ativação de Fe2+ ocorre de modo mais efetivo em valores de pH ácidos devido a precipitação rápida de ferro em valores de pH, na forma de hidroxicomplexos férricos em pHs superiores a 4 (EPOLD; TRAPIDO; DULOVA, 2015). Em pH alto, agentes quelantes podem ser usados para gerar complexos fortes, permitindo a reação sem a necessidade de acidificação do meio. O presente trabalho teve como objetivo estudar a degradação de corantes alimentícios por meio da aplicação dos processos Fenton e foto-Fenton e avaliar a possibilidade de aplicação do processo em pH neutro com o uso de agentes quelantes de ferro.
Material e métodos
Os corantes utilizados nos experimentos foram o Amarelo Tartrazina (C16H9N4Na3O9S2, AT) e Verde Rápido FCF (C37H37N2O10S3, VR), fornecidos respectivamente por F.Trajano e Dinâmica Química Contemporânea Ltda, respectivamente. Além disso, também foram utilizados nos estudos, o Sulfato de Ferro Hepta-hidratado 99% (FeSO4.7H2O) fornecido por Dinâmica Química Contemporânea Ltda e o oxidante Persulfato de sódio 99% (Na2S2O8, PS) obtido da Neon Comercial. A degradação de uma solução de mistura dos corantes alimentícios AT e VR foi estudada em um reator em batelada sob radiação UV-C (ILUMISAMPA, 30 W). Os sistemas avaliados foram: Fe, S2O8/Fe, S2O8/Fe/UV, S2O8/Fe/AC e S2O8/Fe/AC/UV. Nos ensaios realizados, a razão molar utilizada foi 1:1 para o PS/Fe2+ (GHANBARI; MORADI, 2017) e 1,5:1 (AC/Fe) (DE LUCA; DANTAS; ESPLUGAS, 2015). Os experimentos ocorreram em reatores em batelada, de pyrex cilíndrico, com dimensões iguais a: 9 cm de diâmetro, 5,5 cm de altura, e capacidade volumétrica de 400 mL. Todos os sistemas estudados foram submetidos à agitação magnética (FISATOM, 751) e em cada experimento foi usado um volume fixo de 200 mL da mistura de solução de corantes AT e VR, com concentração igual a 30 mg.L- 1. Os experimentos foram realizados com uma duração de 240 minutos, com coleta de amostras nos tempos 1, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150, 180, 210 e 240 minutos. A concentração dos corantes foi determinada, antes e depois do tratamento, por meio da técnica de espectrofotometria de UV- visível (marca SPECTROQUANT PHARO 300), no comprimento de onda (λ) de 427 nm (AT) e 622 nm (VR).
Resultado e discussão
Os ensaios de Fenton e foto-Fenton ocorreram a pH 3. Entre eles, S2O8/Fe e
S2O8/Fe/UV tiveram resultados semelhantes, com S2O8/Fe/UV se destacando,
removendo mais de 95% do corante em 60 minutos para AT e 45 minutos para VR e
mistura AT e VR. Sistemas apenas com Fe tiveram menos de 5% degradação após 240
minutos. A eficácia fotocatalítica de Fe, S2O8/Fe e S2O8/Fe/UV é mostrada na
Figura 1. A eficiência baixa do Fe foi relatada por Rao et al. (2014). S2O8/Fe
aponta que PS se decompõe na presença de Fe2+. S2O8/Fe/UV mostra que Fe2+ e UV
têm alto potencial na ativação de PS e na oxidação de poluentes orgânicos
(SHIRAZ; TAKDASTAN; BORGUEI, 2018). Sistemas com ácido cítrico foram testados em
pH 3 e 7.
S2O8/Fe/AC teve taxas semelhantes nesses pHs, assim como S2O8/Fe/AC/UV.
S2O8/Fe/AC foi menos eficaz que S2O8/Fe/AC/UV. Para mistura AT e VR, S2O8/Fe/AC
removeu 4% e 3,2% em pH 3 e 7 após tratamento. S2O8/Fe/AC/UV atingiu 93,9% e
80,9% de remoção após 180 minutos. A Figura 2 mostra degradação nos sistemas
(S2O8/Fe/AC e S2O8/Fe/AC/UV). O pH ótimo para Fenton é 3, pois valores neutros
precipitam íons Fe (III) e formam complexos insolúveis (Fe2O3·nH2O) não
redutíveis a Fe (II) solúvel, prejudicando a reação. Contudo, o ácido cítrico
estendeu a faixa eficaz, conforme Figura 3, alinhado a Katsumata et al. (2006) e
à formação de complexos de ferro (ZHANG; ZHOU, 2019).
Degradação fotocatalítica nos sistemas (Fe, \r\nS2O8/Fe e S2O8/Fe/UV) das soluções: (a) Corante \r\nAT, (b) Corante VR e (c) Mistura de AT e VR.\r\n
Degradação fotocatalítica em pH 3 pH 7 nos sistemas \r\n(S2O8/Fe/AC e S2O8/Fe/AC/UV) das soluções: (a) \r\nCorante AT, (b) Corante VR e (c) Mistura de AT e VR
Conclusões
Neste estudo, foi analisada a degradação dos corantes Amarelo Tartrazina e Verde Rápido em diferentes sistemas de POA. Entre os sistemas sem ferro, o S2O8/UV mostrou a melhor degradação. Comparando Fe, S2O8/Fe e S2O8/Fe/UV, o S2O8/Fe/UV se destacou, com mais de 95% de remoção do corante em 45 minutos para a mistura. Ao usar ácido cítrico, pH 7 teve resultados similares ao pH 3, indicando eficácia do agente quelante para degradação em pH neutro, reduzindo custos. Processos Fenton com persulfato se mostraram eficientes para degradar a mistura de corantes.
Agradecimentos
Referências
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