Processos Oxidativos Avanados POA petiano Jos Roberto Ambrsio

Processos Oxidativos Avançados (POA) petiano: José Roberto Ambrósio Júnior

Introdução • A Revolução Industrial ocasionou aumento na geração de resíduos; • Estes foram lançados sem preocupação por muitos anos: – Na atmosfera; – No solo; – Na água. 2

Introdução • Atualmente, está havendo maior conscientização dos riscos iminentes à saúde humana. • Necessidade da conservação dos recursos naturais. • Estão sendo adotadas novas normas e legislações. 3

Introdução • Diminuir o impacto ambiental da descarga de resíduos; • Adaptar e otimizar os processos de produção industrial; • Utilizar processos de tratamentos já desenvolvidos; – – Adsorção em carvão ativado; Air-stripping; Oxidação biológica; Incineração. 4

Introdução • Ou desenvolver novos processos. – Processos Oxidativos Avançados. • Oxidar compostos orgânicos complexos a moléculas simples, ou até mesmo mineralizá-las. • Baseado na geração de radical hidroxila (OH. ), altamente oxidante e não seletiva. 5

POA • São classificados em: Sistema Com irradiação Sem irradiação O 3/H 2 O 2/UV Homogêneo O 3/UV O 3/H 2 O 2/UV Fe(II)/H 2 O 2/UV Heterogêneo semicondutor/UV semicondutor/H 2 O 2/UV 6

Homogêneos • Fotólise de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2/UV); • Ozonização (O 3/H 2 O 2; O 3/UV; O 3/H 2 O 2/UV); 7

Homogêneos • Processo Fenton (Fe 2+/H 2 O 2; Fe 2+/H 2 O 2/UV): • O potencial de tratamento de efluentes só foi considerado nos últimos anos. • Destrói várias classes de compostos: – Fenóis, clorofenóis, álcoois, aromáticos, corantes entre outras. 8

Heterogêneos • Fotocatálise heterogênea (semicondutor/UV; semicondutor/H 2 O 2/UV). • Princípio: – Ativação de um semicondutor por luz solar ou artificial. • Semicondutor é caracterizado por bandas de valência (BV) e por bandas de condução (BC) sendo a região entre elas chamada de bandgap. 9

Fotocatálise Heterogênea • Semicondutores: – Dióxido de Titânio (Ti. O 2); – Sulfeto de Cádmio (Cd. S); – Óxido de Zinco (Zn. O); – Trióxido de Tungstênio (WO 3); – Sulfeto de Zinco (Zn. S); – Trióxido de Ferro (Fe 2 O 3). 10

Diferença em condutor, semicondutor e isolante BC BC BC BV BV BV Figura 1: Orbitais moleculares de compostos condutores, semicondutores e isolantes. 11

Fotocatálise Heterogênea Figura 2: Esquema representativo da partícula de um semicondutor. 12

Dióxido de Titânio (Ti. O 2) • • Não tóxico; Fotoestável; Apresenta estabilidade química. Formas alotrópicas: – Anatase; – Rutilo; – Brookite. 13

Dióxido de Titânio (Ti. O 2) • Área Superficial: – Em torno de 50 m 2 g-1. • Tamanho das partículas: – Aproximadamente 100 nm. • Forma imobilizada: – Placa de vidro; – Esferas de sílica (Si. O 2). 14

Fotocatálise Heterogênea por Ti. O 2 • Vantagens em relação ao processo Fenton: – Além de oxidar contaminantes orgânicos podem ser oxidados compostos inorgânicos como HCN e H 2 S; – Ser utlizada em fase gasosa; – Atividade bactericida; – Reduzir metais para estados de oxidação menos tóxicos. 15

Fotocatálise Heterogênea por Ti. O 2 • Desvantagens em relação ao processo Fenton: – Absorve de 3 a 4% do espectro solar, enquanto que o processo Fenton absorve aproximadamente 18%. 16

Aplicações da fotocatálise heterogênea • Desodorização de ambientes através da utilização de filtros impregnados com Ti. O 2; • Tintas fotocatalíticas para revestimentos anti -bactericidas e auto-limpantes de paredes de centro cirúrgicos; • Vidros e espelhos anti-embassantes; • Vidros auto-limpantes para iluminação de túneis. 17

Aplicação: Redução de Crômio (VI) • Tóxico para muitos organismos (Conc. > 0, 05 ppm) ; • Carcinogênico para animais; • Cause irritação e corrosão da pele humana; • Mutagênico; • Por ser fracamente sorvido em superfícies inorgânicas, é muito móvel na natureza. 18

Redução de Cr (VI) • É 100 vezes mais tóxico do que o Cr (III); • Solúvel em toda a faixa de p. H, enquanto que o Cr (III) é precipitado em p. H básico como Cr(OH)3; • Métodos convencionais de tratamento: – Redução química; – Adsorção em carvão ativado; – Redução bacteriana. 19

Redução de Cr (VI) • A concentração de Cr (VI) é determinada espectrofotometricamente pelo método da difenilcarbazida; – Formação de complexo violeta com Cr (VI); – Solução incolor com Cr (III). 20

Redução de Cr (VI) Figura 3: Esquema representativo da partícula de um semicondutor reduzindo crômio hexavalente e oxidando 21 compostos orgânicos.

Bibliografia • Nogueira, R. F. P. , Guimarães, J. R. . Processos oxidativos avançados: uma alternativa para o tratamento de efluentes. Eng. Sanitária e Ambiental, v. 3, n. 3, p. 97 -100, 1998. • Nogueira, R. F. P. , Jardim, W. F. . A FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA E A SUA APLICAÇÃO AMBIENTAL. Química Nova, v. 1, n. 21, p. 69 -72, 1998. • Prairie, M. R. , Evans, L. R. , Stange, B. M. , Martinez, S. L. . Na Investigation of Ti. O 2 Photocatalysis for the Treatment of Water Contaminated with Metals ans Organic Chemicals. Environ. Sci. Technol. , v. 27, n. 9, p. 17761782, 1993. 22

Bibliografia • Giménez, J. , Aguado, M. A. , Cervera-March, S. . Photocatalytic reduction of chromium (VI) with titania powders in a flow system. Kinetics and catalyst activity. J. Molec. Catal. A: Chem. n. 105, p. 67 -78, 1996. • Nogueira, R. F. P. , Alberici, R. M. , Jardim, W. F. . Heterogeneous photocatalysis: An energing technology for remediation of VOC contaminated environments. Ciência e Cultura J. Braz. Assoc. Advanc. Sci. , v. 49 (1/2), 1997. • Khalil, L. B. , Mourad, W. E. , Rophael, M. W. . Photocatalytic reduction of environmental pollutant Cr (VI) over some semiconductors under UV/visible light illumination. Appl. Catal. B: Environ. , n. 17, p. 267 -273, 1998. 23