ESTUDO DA AREIA COMO CATALISADOR NA REAÇÃO DE DEGRADAÇÃO DE FENÓIS EM EFLUENTE PETROQUÍMICO

Área

Aplicações tecnológicas de produtos naturais

Autores

Laux, P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Colemberg, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Vieira, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Denardi, T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE) ; Ogrodowski, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE)

Resumo

Estudo da aplicação de areia como catalisador em reação de fotocatalítica para degradação de compostos fenólicos em efluente petroquímico, empregando POA heterogêneo com presença de radiação UV. Foram realizados ensaios com areia (5 g) e TiO2 puro (1,2 g) mantendo as demais condições reacionais em 800 mL de efluente, pH da amostra 6,75, lâmpada de 95 W, ambas por 60 minutos. A quantificação dos compostos fenólicos foi realizada empregando o método colorimétrico da 4-aminoantipirina. Com o uso do TiO2 puro a degradação de fenol atingida foi de 72,7% enquanto utilizando a areia esse valor foi de 72,2%, apresentando percentuais de degradação semelhantes e comprovando a viabilidade do uso da areia como catalisador natural para este tipo de reação.

Palavras chaves

Compostos Fenólicos; Dióxido de Titânio; Fotocatálise

Introdução

O método de tratamento biológico constitui um dos processos mais econômicos de tratamento secundário de efluente hídrico (SANTIAGO, 1985). Apesar de bactérias adaptadas apresentarem capacidade de biodegradação de compostos fenólicos, estes têm efeito inibitório sob o crescimento celular quando em elevada concentração, acarretando em uma diminuição drástica na biomassa (BEZERRA, 2007). Neste contexto surgem os Processos Oxidativos Avançados (POAs) que consistem em oxidar grande variedade de compostos orgânicos complexos (FERREIRA, 2005). Esse processo consiste em gerar radicais hidroxilas livres através de reações envolvendo oxidantes fortes, semicondutores, radiação ultravioleta, podendo ser reações do tipo homogênea ou heterogênea, dependendo do estado físico do catalisador da reação (FUJISHIMA, 2010). O dióxido de titânio (TiO2) é o fotocatalisador mais ativo e mais utilizado para a degradação de compostos orgânicos presentes em efluentes. Esse catalisador forma um sistema heterogêneo por ser sólido e insolúvel em água, tem baixo custo, não é tóxico e é estável em ampla faixa de pH (SAGGIORO, 2014). O TiO2 se encontra em três formas alotrópicas, anátase, rutilo e brookite, sendo a primeira a mais fotoativa e por isso a mais utilizada como catalisador (MITSIONIS, 2009). Em certas regiões o TiO2 pode ser encontrado em abundância na areia e conforme relatório de Impacto Ambiental (RIMA, 2014), o município de São José do Norte/RS apresenta esse potencial. Deste modo o presente trabalho visa realizar um estudo da aplicação da areia de São José do Norte/RS como catalisador em reação de fotocatalítica para degradação de compostos fenólicos em efluente petroquímico comparando a sua eficiência com TiO2 puro, empregando o POA heterogêneo com presença de radiação UV.

Material e métodos

A areia utilizada foi obtida no distrito de Bojuru localizado no município de São José do Norte/RS. Esta foi separada em frações diferentes, pelo peneiramento de 100 g de areia em peneiras com abertura de malha variando de 0,175; 0,147; 0,104; 0,096 a 0,088 mm sobre mesa vibratória por 10 minutos e 8 Hz de frequência. A massa remanescente em cada peneira foi pesada e o percentual resultante de cada fração calculado baseado na massa total adicionada ao sistema. As frações peneiradas foram separadas, armazenadas em recipientes plásticos e caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difratômetro de Raio-X (DRX). O efluente petroquímico foi cedido e coletado na saída do Flotador a Ar Dissolvido (FAD) da Refinaria de Petróleo Riograndense (Rio Grande/RS). O fotorreator foi construído em aço inoxidável com geometria cilíndrica de dois tubos concêntricos, formando um sistema contracorrente de recirculação de água para resfriamento do sistema. Foram realizados dois ensaios em batelada, um utilizando a areia como catalisador (5 g) e outro com TiO2 puro (1,2 g) mantendo as demais condições de reações fotocatalítica em 800 mL de efluente, pH da amostra 6,75, lâmpada de 95 W. As reações foram conduzidas por 60 minutos. A quantificação dos compostos fenólicos degradados foi realizada empregando o método colorimétrico da 4-aminoantipirina descrito por APHA (2012).

Resultado e discussão

O perfil granulométrico da areia está apresentado na Tabela 1, onde o diâmetro de partícula com maior rendimento foi o de ≤ 0,175 mm com 50,22 %. No espectro de EDS gerado das diferentes frações pode-se observar que as espécies predominantes são o titânio e o oxigênio, onde no diâmetro de peneira ≤ 0,096 mm foi a que apresentou maior percentual de Ti e O2. As espécies predominantes nessa fração são o Ti (± 24%) e o O2 (± 37%). Ainda se observa a presença de espécies como o carbono (C), silício (Si), zircônio (Zr) e bromo (Br). O DRX avaliou a estrutura cristalina da areia, onde na fração de areia de ≤ 0,096 mm observou-se a presença de estruturas em posições características de óxidos de Ti importantes para a eficiência do processo fotocatalítico (Figura 1). Pela angulação da análise de DRX podemos sugerir que dentre as diferentes formas que o TiO2 se apresenta possivelmente esta é a anatase. A partir das análises realizadas, a fração escolhida para dar continuidade ao estudo foi o tamanho de partículas ≤ 0,096 mm, pois foi esta que apresentou maior percentual de Ti com picos característicos de TiO2 na forma anatase. Assim, os resultados demonstram que a areia de São José do Norte tem potencialidade para ser utilizada como catalisador para reação de fotocatálise heterogênea. Para verificar o potencial da areia contendo TiO2 em relação ao TiO2 puro foram realizadas reações fotocatalíticas. Com o uso do TiO2 puro a degradação de fenol atingida foi de 72,7% enquanto utilizando a areia esse valor foi de 72,2%. Assim, a areia apresentou percentuais de degradação muito semelhantes quando em comparação com o TiO2 puro, comprovando a viabilidade do uso como catalisador natural para este tipo de reação.

Perfil da distribuição granulométrica da areia de São José do Norte-RS.


Análise DRX da fração de areia de partículas ≤0,096 mm.

Conclusões

A areia utilizada é uma fonte de TiO2, podendo ser utilizada como catalisador natural de forma sustentável. Além disso se mostrou adequada para a reação de fotodegradação, pois é eficiente na degradação dos compostos tóxicos como o fenol presente em efluente petroquímico.

Agradecimentos

Ao CNPq e a CAPES pelo auxílio financeiro.

Referências

SANTIAGO, V. M. Tratamento biológico em efluente de refinaria. Estudo em escala piloto. Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 30p, Maceió, 1985.
BEZERRA, Márcio S. Caracterização e Adaptação de Efluentes de Refinaria de Petróleo em Sistemas de Lodos Ativados. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal/RN, 2007.
FERREIRA, I.; DANIEL, L. A. Fotocatálise Heterogênea com TiO2 aplicada ao tratamento de esgoto sanitário secundário. Universidade Federal de São Carlos. São Carlos/SP, 2005.
FUJISHIMA A., RAO T. N., TRYK D. A. Titanium dioxide photocatalysis. J. Photoch. Photobio. C: Photoch. Rev., 2000: 1-21.
SAGGIORO, Enrico. Efeito do dióxido de titânio na decomposição fotocatalítica de substâncias persistentes no ambiente: corantes têxteis e interferentes endócrinos. Fundação Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, 2014.
MITSIONIS A. I., VAIMAKIS T. C. The effect of thermal treatment in TiO2 photocatalytic activity. J. Appl. Polym. Sci., 112(2):579-93, 2009.
RIMA – Relatório de Impacto Ambiental Rio Grande Mineradora do município de São José do Norte, Abril, 2014. Disponível em http://rgminer.com.br/wpcontent/uploads/2014/09/rgm-2014-07-03-BAIXA.pdf
APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Standard Methods, 2012.