Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Influência das condições hidrodinâmicas no tratamento do cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio utilizando ânodo de Diamante Dopado com Boro
AUTORES: de Oliveira Marcionilio, S.M.L. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA) ; Linares, J.J. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA) ; Alves, G. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA) ; Neto, B.A. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA)
RESUMO: O presente trabalho apresenta os resultados correspondentes ao estudo da influência das condições hidrodinâmicas, fixadas através da vazão volumétrica de operação, na degradação do líquido iônico (LI) cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio (BMImCl). As vazões utilizadas foram de 6, 24 e 48 L/h, para uma densidade de corrente constante de 40 mA/cm2, sendo observada um aumento na eficiência do processo de degradação conforme a vazão é incrementada. Isto pode ser justificado em função da melhora nos processos de transferência de massa que acontecem dentro do reator eletroquímico, sendo promovido o processo de degradação eletroquímica.
PALAVRAS CHAVES: Vazão volumétrica; DDB; BMImCl
INTRODUÇÃO: A oxidação eletroquímica com ânodos de DDB tem se tornado uma alternativa interessante para a degradação de compostos orgânicos refratários aos tratamentos convencionais. Este processo baseia-se na ação dos radicais hidroxilas gerados in-situ como consequência da quebra da molécula de água, os quais atacam de forma direta ou indireta ao composto alvo. Além disto, ao serem os radicais OH• não seletivos, é possível que estes ataquem a outras espécies presentes no meio, como, por exemplo, cloretos, sulfatos, fosfatos, etc., os quais podem ser transformados em espécies ativas de cloro, persulfatos, perfosfatos, etc., respectivamente, sendo potenciada a capacidade oxidante do eletrodo. Todas estas características fazem do DDB um eletrodo com um forte poder oxidante, além da robustez do eletrodo, associado a uma boa resistência química a ambientes extremos (MARTÍNEZ-HUITLE et al., 2015).
Dentro do grupo dos compostos refratários, destacam-se os LI, os quais possuem uma elevada estabilidade química associada a sua estrutura, torando-os dificilmente biodegradáveis, o que os encaixa dentro das características de compostos idôneos para serem tratados por processos de oxidação eletroquímica (POEQ). Este processo permitem um controle mais simples das condições de operação, sendo regulada a dosagem de agente oxidante através da corrente elétrica aplicada ao sistema sem necessidade de adição externa de reagentes (SIRÉS et al., 2014).
O objetivo do presente trabalho é o estudo da influência da vazão de alimentação ao sistema, como variável de operação, sobre o processo de degradação do BMImCl, em termos fundamentalmente de abatimento de carbono orgânico total, estabelecido como parâmetro de controle.
MATERIAL E MÉTODOS: O reator utilizado para os experimentos de degradação do LI é do tipo filtro prensa com um compartimento, equipado com um ânodo de DDB comercial (WaterDiam, Suíça) e um cátodo de aço inoxidável (AISI 304). Ambos os eletrodos eram circulares com um diâmetro de 10 centímetros (área ativa de 78.5 cm2), com um espaçamento entre eles de 5 mm. Utilizou-se um refrigerante de vidro com o intuito de manter a temperatura de operação a um valor constante de 25 ºC.
A solução de LI utilizada foi de 1 g/L, com uma concentração de eletrólito suporte, Na2SO4, de 5 g/L. A densidade de corrente utilizada para este estudo foi de 40 mA/cm2, sendo utilizadas as vazões de 6, 24 e 48 L/h em operação em recirculação total. A duração dos experimentos foi de 7 h. A análise de Carbono orgânico total (COT) foi realizada no equipamento TOC-L Analyzer (Shimadzu).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta a evolução do COT para as diferentes vazões em função do tempo de operação. Como pode ser observado, a vazão apresenta um influência importante na eficiência do processo de degradação, sendo observado um incremento na porcentagem de COT removido em função do tempo conforme é aumentado a vazão operativa. Estes resultados permitem inferir que a vazão é uma variável fundamental para controlar a eficiência do processo degradativo. Isto é devido à melhora nos processo de transferência de massa, melhorando todo os processos de transporte das espécies oxidantes dentro do reator eletroquímico. É importante salientar que esta tendência é mantida desde o começo do processo de degradação eletroquímica.
A Figura 2 apresenta os valores do coeficiente de transferência de massa do reator eletroquímico para as diferentes vazões. Como pode ser observado, conforme aumenta a vazão volumétrica, existe um incremento daquele, o que é devido ao incremento da turbulência dentro do reator. Este resultado vem corroborar a tendência observada na melhora dos processos de transferência de massa.
Os resultados demonstram o interesse de trabalhar com vazões volumétricas elevadas. No entanto, é necessário realizar uma análise econômica mais ampla para determinar as condições de operação mais adequada levando em consideração o consumo energético da bomba quando se operam às vazões mais altas. A partir daí será possível inferir as condições de operação ótimas.
Figura 1
Evolução com o tempo do COT para as diferentes vazões volumétricas (densidade de corrente de 40 mA/cm2)
Figura 2
Valores do coeficiente de transferência de massa para as diferentes vazões volumétricas
CONCLUSÕES: O presente trabalho permite inferir que a vazão volumétrica é um parâmetro importante no controle da eficiência do processo de degradação de BMImCl, podendo-se concluir que o processo se torna mais eficiente aos maiores valores. Isto é devido à melhora nos processo de transferência de massa de todas as espécies envolvidas no processo de degradação eletroquímica.
AGRADECIMENTOS: À CAPES pela bolsa de doutorado outorgada à aluna Suzana M.L. de O. Marcionilio e ao Laboratório LIMA da UnB pelo suporte nas medidas de COT.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: MARCIONILIO, S. M. L. D. O.; ALVES, G. M.; E SILVA, R. B. G.; MARQUES, P. J. L.; MAIA, P. D.; NETO, B. A. D.; LINARES, J. J. Influence of the current density on the electrochemical treatment of concentrated 1-butyl-3-methylimidazolium chloride solutions on diamond electrodes. Environmental Science and Pollution Research, p. 1-12, 2016.
MARTÍNEZ-HUITLE, C. A.; RODRIGO, M. A.; SIRÉS, I.; SCIALDONE, O. Single and Coupled Electrochemical Processes and Reactors for the Abatement of Organic Water Pollutants: A Critical Review. Chemical Reviews, v. 115, n. 24, p. 13362-13407, 2015.
SIRÉS, I.; BRILLAS, E.; OTURAN, M. A.; RODRIGO, M. A.; PANIZZA, M. Electrochemical advanced oxidation processes: today and tomorrow. A review. Environmental Science and Pollution Research, v. 21, n. 14, p. 8336-8367, 2014.