TRANSFERÊNCIA DE MASSA EM REATOR ELETROQUÍMICO CONTENDO ELETRODO DE CARBONO VÍTREO RETICULADO

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1 TRANSFERÊNCIA DE MASSA EM REATOR ELETROQUÍMICO CONTENDO ELETRODO DE CARBONO VÍTREO RETICULADO P. H. BRITTO-COSTA 1, L. A. M. RUOTOLO 2 1,2 Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química 1 britto_pedro@hotmail.com, 2 pluis@ufscar.br RESUMO Eletrodos porosos vêm obtendo sucesso na eletrodeposição de metais de soluções diluídas por apresentarem alta porosidade aliada a uma elevada área superficial, proporcionando ao processo altas taxas de transferência de massa (TM). O foco deste trabalho é a região controlada pela TM para a eletrodeposição de cobre na ausência e na presença de EDTA e de zinco em eletrodo de carbono vítreo reticulado, que apresenta elevadas porosidades. Neste contexto objetiva-se determinar o coeficiente de transporte de massa (k m ) por duas técnicas distintas (Eletrodeposição Voltamétrica (EV) e Eletrodeposição Galvanostática (EG)) e ainda realizar a caracterização dos reatores em termos dos adimensionais Sherwood, Reynolds e Schmidt. Os resultados mostraram que, no caso do cobre, os dois métodos apresentaram valores de k m bastante próximos tornando a EV o método mais indicado por ser mais rápido e simples, entretanto para as demais soluções, a EV não representou os dados obtidos da EG. PALAVRAS-CHAVE: eletrodeposição; metais tóxicos; k m ; carbono vítreo reticulado 1. INTRODUÇÃO Devido à crescente consciência ambiental concernente ao tratamento dos resíduos industriais e aos custos atribuídos a esses processos, a busca por novas tecnologias para o tratamento de efluentes tem sido cada vez mais intensa nas últimas décadas. Os efluentes industriais contendo metais tóxicos são nocivos ao meio ambiente aquático e aos seres humanos, além de se acumularem na cadeia alimentar. Esses efluentes são, na maioria dos casos, tratados por precipitação química que apenas transfere o problema da fase líquida para a sólida, gerando lamas, também tóxicas, que necessitam ser adequadamente dispostas em aterros sanitários especiais (Lanza e Bertazzoli, 2000). São geralmente provindos de etapas de lavagem presentes no processo eletroquímico e por este motivo apresentam, em sua maioria, concentrações de metais inferiores a 1 g L -1. Além disso, essas soluções podem conter eletrólitos suporte e vários aditivos como EDTA, por exemplo, que podem prejudicar o tratamento convencional de efluentes. As concentrações de metal dessas soluções são consideradas baixas para o processo eletroquímico, fazendo com que o processo seja inevitavelmente controlado pelo transporte de massa. Este fato inviabiliza a utilização de eletrodos bidimensionais por apresentarem pobre cinética de transferência de massa. Surgiram, então, os eletrodos porosos ou tridimensionais que apresentam elevada área superficial específica aliada a uma alta porosidade, proporcionando altas taxas de transferência de massa ao processo eletroquímico. Por este motivo os eletrodos porosos, entre eles o carbono vítreo reticulado (CVR), vêm obtendo grande sucesso na ISSN

2 redução eletroquímica de metais presentes em soluções diluídas. Podem ser enumeradas quatro principais vantagens na utilização da tecnologia eletroquímica como forma de tratamento de efluentes contendo metais tóxicos, quando comparada aos processos convencionais: 1)remoção do metal da solução e não apenas a transferência do íon para a fase sólida, produzindo resíduos permanentes, como ocorre nos tratamentos via precipitação e troca iônica; 2)reutilização do próprio metal ou uma possível comercialização do mesmo; 3)o fato da eletricidade ser um reagente limpo ; e 4)facilidade de controle no processo de otimização, já que as variáveis (corrente e vazão) são de fácil ajuste (Pletcher e Walsh, 1990). Devido aos aspectos tóxicos e à grande importância dos metais cobre e zinco em indústrias químicas como de tratamento de superfícies, galvanoplastia, circuito impresso, entre outras, escolheu-se estudar o processo de eletrodeposição destes metais. O descarte de efluentes contendo esses íons é controlado pelos órgãos ambientais, sendo que no caso de emissão em corpos d água, a concentração de Cu 2+ não deve ultrapassar mg L -1, mantendo-se o ph na faixa entre 5,0 e 9,0. Para descarte em rede de esgoto, a legislação estabelece um limite superior de concentração de 1,5 mg L -1 de cobre, com o ph entre 6,0 e 10,0. Para o zinco, o limite máximo tolerado é de 5 mg L -1 mantendo o efluente nas faixas de ph supracitadas. Utilizou-se EDTA neste trabalho uma vez que este complexante é bastante usado na indústria de tratamento de superfície, por exemplo, por garantir à superfície eletrodepositada as propriedades e qualidade desejadas. Tendo em vista os tópicos brevemente abordados acima, fica clara a necessidade de um estudo aprofundado do transporte de massa em reatores contendo eletrodos porosos aplicados ao tratamento de soluções diluídas. Para tanto, o objetivo deste trabalho é comparar duas técnicas bastante conhecidas para determinar o k m e ainda uma comparação, por meio de adimensionais, dos reatores utilizados neste trabalho com alguns citados na literatura. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foram realizados três tipos de experimentos diferentes, sendo que para cada tipo foi utilizado um equipamento específico. Os experimentos, na seqüência em que foram realizados, são os seguintes: 1)determinação do potencial de corrente limite para os íons metálicos em carbono vítreo plano (CVP); 2)eletrodeposição voltamétrica linear em CVR (Ponce-de-León et al., 2007); e 3)eletrodeposição galvanostática de cobre. Os eletrodos de CVP e CVR foram fornecidos pela Electrosynthesis Co. Inc. (Buffalo EUA). O eletrodo de CVR possuía uma porosidade linear de 45 ppi (poros por polegada) conferindo-lhe uma área específica de 2852 m²m - ³. Como contra-eletrodo, foi utilizado o DSA de Ti/Ti 0,7 Ru 0,3 O 2 (De Nora do Brasil S.A., Sorocaba-SP) e como separador, uma tela de polietileno revestida com tecido de poliamida para evitar o curtocircuito entre o cátodo e o ânodo. Todos os reagentes utilizados neste trabalho eram de grau analítico e água deionizada foi utilizada para a preparação de todas as soluções. Foram usados os sais CuSO 4.5H 2 O e ZnSO 4.7H 2 O como fontes de metais, EDTA como complexante de cobre e Na 2 SO 4 como eletrólito suporte na concentração de 0,5 M para garantir a condutividade do meio. O ph foi ajustado utilizando-se H 2 SO 4 e NaOH e o volume de solução era de 5 L. ISSN

3 2.1. Sistema Experimental e Reatores Eletroquímicos Sistema experimental: A Figura 1 mostra esquematicamente o sistema utilizado nos experimentos de eletrodeposição voltamétrica e eletrodeposição galvanostática de metais. Eletrodeposição voltamétrica: Os experimentos de varredura de potencial foram realizados em um reator eletroquímico que foi projetado e construído visando a minimizar os efeitos de entrada e saída. O contato elétrico entre o CVR e o alimentador de corrente era feito pela pressão entre ambos no momento de se fechar o reator, cujas peças eram vedadas usando o ring e unidas por porcas e parafusos. A Figura 2 ilustra um esquema desse reator, que foi construído em acrílico para que proporcionasse o acompanhamento visual do processo Figura 1 Representação esquemática do sistema experimental. A unidade experimental apresentada na Figura 1 é composta pelos seguintes componentes principais: 1)tanque de eletrólito; 2)bomba centrífuga; 3)medidor de vazão; 4)válvula diafragma; 5)voltímetro; 6)reator eletroquímico; 7)fonte de corrente (Minipa, modelo 3003D); 8)potenciostato (PGSTAT30 da Ecochemie); 9)computador; 10)banho termostático; 11) e 12)válvulas esfera. No caso da eletrodeposição voltamétrica para os eletrodos de carbono vítreo plano (CVP) e de carbono vítreo reticulado (CVR), foi utilizado o potenciostato para a realização das medidas; nos experimentos de eletrodeposição galvanostática utilizaram-se apenas a fonte de corrente e o voltímetro. A seguir são mostrados os reatores eletroquímicos usados nesta pesquisa bem como características dos eletrodos utilizados. Todos os reatores apresentavam configuração flow-by (ou seja, fluxos de corrente e eletrólito perpendiculares). (a) 5 Figura 2 Vista lateral esquemática do reator para eletrodeposição voltamétrica. 1) e 4)alimentador de corrente e contra-eletrodo, ambos DSA ; 2)eletrodo de CVR; 3)tela de separação; 5)Distribuidor de fluxo; 6)capilar de Luggin. As setas na figura indicam a entrada e a saída do eletrólito. O CVR (2) inserido no reator possuía dimensões 1,5 cm x 4,0 cm x 1,27 cm. Como eletrodo de referência foi usado o Ag/AgCl preenchido com uma solução de KCl 3,0 M cuja viscosidade foi aumentada usando-se uma concentração de 10 g L -1 de agar-agar. Eletrodeposição galvanostática: A Figura 3 mostra um esquema do reator utilizado nos experimentos de eletrodeposição galvanostática que foi construído, também em acrílico, aproveitando detalhes de filtro prensa que lhe ISSN

4 conferiram facilidades na manutenção, operação, transporte e no aumento ou diminuição da área de eletrodo, uma vez que placas podiam ser adicionadas ou removidas de acordo com a necessidade do processo. Neste reator a vedação foi realizada por meio de manta de silicone, de 1 mm de espessura, sendo o aperto do reator por meio de um eixo móvel, como o de um filtro-prensa ajustada uma velocidade de rotação da bomba peristáltica. Eletrodeposição galvanostática de metais: Estes experimentos foram realizados no reator da Figura 3 e no sistema experimental da Figura 1, utilizando-se a fonte de corrente constante. Inicialmente ajustavam-se a vazão e a corrente elétrica a serem mantidas constantes ao longo do experimento. No momento em que se iniciava o fornecimento de corrente, acionava-se o cronômetro. Em intervalos de tempo pré-determinados eram coletadas amostras do eletrólito para posterior análise de concentração de cobre. As análises foram feitas usando-se um espectrofotômetro de absorção atômica (Varian, modelo SpectAA 200). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Figura 3 Vista lateral esquemática do reator utilizado nos experimentos de eletrodeposição galvanostática. 1)alimentador de corrente; 2)eletrodo de CVR; 3)tela de separação; 4)contra-eletrodo. As setas indicam entrada e saída do eletrólito. Neste reator eram utilizados dois eletrodos de CVR (2) de dimensões 4,0 cm x 7,0 cm x 1,27 cm Procedimentos experimentais Neste tópico são descritos os procedimentos experimentais para os dois métodos utilizados na determinação do k m. Eletrodeposição Voltamétrica em CVR: Usando-se o sistema e o reator mostrados nas Figuras 1 e 2, respectivamente, foi inicialmente ajustada uma velocidade de escoamento e em seguida realizou-se uma varredura linear de potencial usando o potenciostato. No caso da EV em CVP, o procedimento acima descrito foi similar, com exceção da vazão, a qual era 3.1. Cobre Eletrodeposição Voltamétrica de cobre: Devido à dificuldade em se determinar o patamar de corrente limite em voltamogramas de eletrodos porosos (Ponce-de-León et al., 2007), inicialmente foi necessário realizar varredura linear de potencial em eletrodo plano (CVP) para se estimar o potencial de corrente limite (E cl ). A Figura 4 mostra os voltamogramas obtidos para algumas rotações da bomba peristáltica. - I / ma 1,8 1,5 1,2 0,9 0,3 10 rpm 20 rpm 30 rpm 40 rpm E cl 0,0 0,8 1,2 - E / V vs. Ag/AgCl Figura 4 Voltamogramas obtidos em CVP. Parâmetro: rotação da bomba peristáltica. Eletrólito: 100 mg L -1 Cu 2+, ph 4. ISSN

5 Verifica-se a existência de dois patamares de corrente limite, sendo o primeiro, em potenciais menos negativos, referente à reação Cu 2+ Cu + e o segundo, Cu + Cu 0 (Pletcher et al., 1991). Como o processo aqui estudado refere-se à eletrodeposição, o potencial de corrente limite de interesse é E cl = - V vs. Ag/AgCl. Conhecendo-se o potencial de corrente limite para a deposição de cobre em CVP, foram realizadas as varreduras de potencial em CVR variando-se a velocidade de escoamento, como mostrado na Figura 5. Estes experimentos foram realizados no reator da Figura 2. Como se pode observar, não há a existência de um patamar nítido de corrente limite, no entanto, utilizando-se o E cl obtido nos experimentos com CVP, foi possível determinar os valores de corrente limite para o eletrodo de CVR diretamente dos voltamogramas da Figura 5. Eletrodeposição Galvanostática de cobre: Foram utilizadas nesta etapa duas soluções, de mesmo eletrólito suporte, porém diferentes ph s, sendo que a concentração de cobre inicial média foi de 163 mg L -1. A Figura 6 mostra experimentos de EG de cobre para oito velocidades de escoamento, sendo 5 realizados em ph 2,0 e 3, em ph 4,0. Observa-se a eficácia do processo de eletrodeposição de cobre usando eletrodo de CVR, uma vez que após cerca de uma hora de experimento, mais de 97% do cobre havia sido removido da solução, nas melhores condições. [Cu 2+ ]/[Cu 2+ ] 0 0,8 [Cu 2+ ]/[Cu 2+ ] 0 0,8 v = 0,027m s -1 v = 0,055m s -1 v = 0,082m s -1 v = 0,109m s -1 v = 0,137m s -1 ph 4,0 0, tempo / min - I / A 0,8 0,111 m s -1 0,130 m s -1 0,148 m s -1 0,167 m s m s m s m s -1 0,352 m s -1 ph 2,0 0, tempo / min Figura 6 Concentração normalizada de cobre em função do tempo. Parâmetros: ph e velocidade de escoamento. I = 3,0 A; Eletrólito: [Cu 2+ ] 0 = 163 mg L -1. 0,0 0,8 1,2 - E / V vs. Ag/AgCl Figura 5 Voltamogramas obtidos em CVR para o Cu 2+. Parâmetro: velocidade de escoamento. Eletrólito: 200 mg L -1 Cu 2+, ph 4. A Equação 1 relaciona a I lim com o k m, de forma que, conhecendo-se os valores de corrente limite e aplicando-se essa equação, foram determinados os coeficientes de transporte de massa para as diversas condições de velocidade de escoamento empregadas. (1) E cl Estes dados foram utilizados para um estudo acerca das técnicas de determinação do coeficiente de transporte de massa, como é mostrado a seguir. Comparação entre os métodos de determinação do k m : A Equação 2 resulta da modelagem matemática do processo de eletrodeposição considerando que todo o eletrodo está operando sob condição cinética de corrente limite (controle por transporte de massa) e que não há variação expressiva da concentração do íon metálico na direção do escoamento. Essa equação foi utilizada para os cálculos de k m a partir das curvas de concentração normalizada de cobre em ISSN

6 função do tempo, mostradas na Figura 6. Essas curvas apresentam regiões de controle misto, ou mesmo cinético, entretanto foi utilizada para a determinação do k m apenas a região exponencial correspondente àquela controlada por transporte de massa. (2) A Figura 7 apresenta os dados de k m em função da velocidade de escoamento para os métodos EV e EG, para as soluções de cobre apresentando ph 2 e 4. k m x 10 5 / m s EG - ph 2,0 EG - ph 4,0 EV - ph 4,0 2 0,00 0,05 0,10 0, v / m s -1 Figura 7 k m em função da velocidade de escoamento. Parâmetro: ph e técnica eletroquímica de determinação do k m. Constata-se pela análise da Figura 7 que os valores de k m obtidos pelas diferentes técnicas, considerando-se a variabilidade dos dados, apresentam valores muito próximos e uma dependência aparentemente linear com relação à velocidade de escoamento. Nota-se também que esta variação de ph exerceu pouca influência nos valores de k m Cu II /EDTA EV de Cu II /EDTA: Devido à simplicidade da determinação visual do patamar de corrente limite nos voltamogramas em CVP e como o foco do trabalho está no eletrodo de CVR, decidiu-se por apresentar apenas o valor do potencial de corrente limite que foi -0,91 V vs Ag/AgCl. A partir deste dado, foram realizadas as varreduras de potencial em CVR para os íons cobre em presença de EDTA, como mostra a Figura 8. Nota-se nesta figura a dificuldade de se determinar o patamar de corrente limite, da mesma forma como ocorreu com a solução de íons cobre na ausência de EDTA. Como esperado, o aumento da velocidade de escoamento proporcionou um aumento dos valores de corrente limite, que foram determinados utilizando o potencial de corrente limite mencionado anteriormente. Aplicando-se a Equação 1, calcularam-se então os valores de k m mostrados mais adiante. A adição de um complexante ao eletrólito causou uma diminuição da corrente limite, como pode ser constatado comparando-se as curvas das Figuras 5 e 8. Isto ocorreu possivelmente pelo tamanho do complexante, que dificulta a difusão dos íons cobre à superfície do eletrodo, diminuindo assim os valores de corrente limite (Norkus, 2000). - I / A 0,5 0,3 0,1 0,087 m s -1 0,102 m s -1 0,131 m s -1 0,160 m s -1 0,190 m s m s -1 E cl = -0,91 V 0,0 0,0 0,3 0,9 1,2 1,5 - E / V vs. Ag/AgCl Figura 8 Voltamogramas obtidos em CVR para o Cu II /EDTA. Parâmetro: velocidade de escoamento. Eletrólito: 200 mg L -1 Cu II, EDTA 1,17 g L -1, ph 4. EG de Cu II /EDTA: Foram realizados cinco experimentos de EG de Cu II /EDTA variando-se a velocidade de escoamento. A Figura 9 mostra as curvas de concentração de cobre em função do tempo obtidas desses experimentos. Observa-se que as curvas apresentaram um comportamento oposto àquele observado na EG de cobre na ausência de EDTA, isto é, surpreendentemente o aumento da velocidade de escoamento causa uma diminuição da cinética de eletrodeposição, indicando que não só o transporte de massa ISSN

7 controla a cinética do processo, mas também outros fenômenos como processos adsortivos poderiam estar sobrepujando o seu efeito. Desta forma, fica evidente que a presença de aditivos e complexantes como o EDTA podem alterar significativamente o processo de eletrodeposição. [Cu II ]/[Cu II ] 0 0,8 v = 0,055 m s -1 v = 0,109 m s -1 v = 0,164 m s -1 v = 19 m s -1 v = 73 m s -1 0, tempo / min Figura 9 Concentração normalizada de cobre em função do tempo. Parâmetro: velocidade de escoamento. I = 1,5 A; Eletrólito: [Cu II ] 0 = 200 mg L -1, [EDTA] = 1,17 g L -1. Comparação entre os métodos de determinação do k m : Utilizando os dados das Figuras 8 e 9, juntamente com as Equações 1 e 2, respectivamente, foram calculados os valores de k m pelos métodos estudados. A Figura 10 mostra os resultados de k m em função da velocidade de escoamento. k m x 10 5 / m s -1 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 EG EV 0,05 0,10 0, ,30 v / m s -1 Figura 10 k m em função da velocidade de escoamento. Eletrólito contendo Cu II /EDTA. Nota-se na Figura 10 uma grande diferença entre os valores de k m obtidos pelos dois métodos. Enquanto os valores obtidos por EV foram bastante condizentes com o esperado para processos controlados por transporte de massa, ou seja, houve um aumento de k m em função do aumento da velocidade de escoamento, os valores obtidos através das curvas de EG, sugerem que a velocidade de escoamento não exerce efeito significativo sobre o valor de k m. No caso dos valores de k m obtidos por eletrodeposição voltamétrica, como se trata de uma medida bastante rápida, possivelmente fenômenos de adsorção, por exemplo, não tivessem tempo de se manifestar e, neste caso, o efeito do transporte de massa tenha preponderado. Esta possibilidade se sustenta na hipótese dos fenômenos adsortivos não atuarem no substrato de carbono, mas sim no substrato eletrodepositado Zinco EV de zinco: Analogamente às soluções de cobre na ausência e na presença de EDTA, foram realizados experimentos de EV de zinco, que estão mostrados na Figura 11, uma vez que o potencial de corrente limite foi determinado de varreduras de potencial em CVP e o valor obtido (Ecl = - 1,39V vs Ag/AgCl) é bastante condizente com a literatura (Lanza e Bertazzoli, 2000). As curvas dessa figura apresentaram um comportamento surpreendente, não apresentando praticamente nenhuma influência da velocidade de escoamento. Foram realizadas repetições destes experimentos e todas apresentaram o mesmo comportamento. - I / A 0,15 0,12 0,09 0,06 0,03 0,087 m s -1 0,102 m s -1 0,131 m s -1 0,160 m s -1 0,190 m s m s m s -1 E cl = - 1,39 V 0,00 0,0 0,8 1,2 1,6 - E / V vs. Ag/AgCl Figura 11 Voltamogramas obtidos em CVR para a EV de Zn 2+. Parâmetro: velocidade de escoamento. Eletrólito: 200 mg L -1 Zn 2+, ph 4,5. ISSN

8 Este fato pode ser explicado por uma possível passivação ocorrida por diferentes compostos que coexistem na superfície do eletrodo, sofrendo influência do ph e do potencial de eletrodo locais. Estes compostos podem ser encontrados no diagrama de Pourbaix do zinco. EG de zinco: Foram realizados 6 experimentos de EG de zinco e estão mostrados na Figura 12. O ph foi mantido entre 4 e 5 pelo fato de nesta faixa a taxa de reação não depender do ph (Lanza e Bertazzoli, 2000). [Zn 2+ ]/[Zn 2+ ] 0 0,8 v = 0,087m s -1 v = 0,109m s -1 v = 0,137m s -1 v = 0,170m s -1 v = 19m s -1 v = 73m s -1 0, tempo / min Figura 12 - Concentração de zinco em função do tempo. Parâmetro: velocidade de escoamento. I = 1,5 A; Eletrólito: [Zn 2+ ] 0 = 200 mg L -1. Nota-se que o aumento da velocidade de escoamento favoreceu a cinética da reação e o comportamento exponencial evidenciou que o processo era controlado pelo transporte de massa. Observa-se também a eficácia do processo para a remoção do zinco da solução, uma vez que após 60 minutos, 99 % do zinco já havia sido removido da solução considerando-se o experimento em que se utilizou a maior velocidade de escoamento. Comparação entre os métodos de determinação do k m : A Figura 13 mostra esses valores de k m em função da velocidade de escoamento para os dois métodos utilizados. Esta figura mostra que os valores de k m determinados a partir do ajuste das curvas de eletrodeposição galvanostática apresentam um comportamento típico dos processos controlados por transporte de massa, em que o aumento da velocidade de escoamento causa um aumento deste coeficiente. No caso dos valores de k m obtidos pela técnica de eletrodeposição voltamétrica nota-se claramente que o valor de k m é bastante subestimado e que a técnica não foi capaz de prever satisfatoriamente os valores dos coeficientes de transporte de massa, que se mantiveram em um valor constante quando variada a velocidade de escoamento. k m x 10 5 / m s -1 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 EG EV 0,5 0,05 0,10 0, ,30 v / m s -1 Figura 13 k m para o zinco em função da velocidade de escoamento. Eletrólito contendo Zn Correlação de Sh-Re-Sc A correlação de Sh-Re-Sc é muitas vezes utilizada para se caracterizar um reator eletroquímico em termos da transferência de massa, sendo que para isso geralmente são realizados diversos experimentos de eletrodeposição de metais ou mesmo eletrorredução de espécies químicas utilizando eletrodos de diferentes porosidades. A correlação para o reator eletroquímico estudado neste trabalho está sendo comparada com outras cinco correlações de transporte de massa de diferentes reatores eletroquímicos descritos na literatura. A Figura 15 mostra os pontos experimentais de eletrodeposição de cobre obtidos neste trabalho, a correlação para este reator e ainda as correlações obtidas para os reatores estudados por outros autores, cujas características estão mostradas na Tabela 1. Na Figura 15, as correlações adotam o diâmetro hidráulico como dimensão característica, ISSN

9 utilizada no cálculo dos adimensionais Sh e Re. Apesar deste parâmetro não ser adequado ao caso por ignorar a existência do meio poroso, ele foi utilizado neste trabalho para viabilizar a comparação de diferentes tipos de reatores eletroquímicos. A dimensão característica mais adequada ao caso seria o diâmetro de poro, analogamente ao diâmetro de partícula comumente utilizado nos estudos que envolvem eletrodos particulados. Nota-se na Figura 15 que o reator de membrana utilizado por Pletcher et al. (1991) na eletrodeposição de cobre e Ponce-de-León e Pletcher (1996) na eletrodeposição de chumbo apresentaram performances em termos de transporte de massa melhores do que a obtida para o reator proposto neste trabalho, uma vez que se mantendo um mesmo valor de Re são obtidos maiores valores de Sh. Entretanto, quando se comparam os resultados deste trabalho com aqueles obtidos com o reator FM01-LC, por exemplo, que é um reator eletroquímico do tipo fitro-prensa de placas paralelas com promotores de turbulência inseridos, nota-se uma grande vantagem em se utilizar o reator proposto para a eletrodeposição de metais Sh EG - ph 2,0 EG - ph 4,0 EV - ph 4,0 CVR c/ membrana [1] CVR c/ membrana [2] FM21 - placa plana [3] FM01 - placa plana [4] Presente trabalho Re Figura 15 Correlações de Sh-Re-Sc para reatores eletroquímicos utilizando o diâmetro hidráulico. Tabela 1 Correlações de transporte de massa para os reatores selecionados e mostrados na Figura 15. Reator Sh = a Re b Sc c a b c Condições Referência [1] 2,7 8 1/3 Reator de membrana com CVR de porosidades ppi. Pletcher et al., 150<Re<4000. d H = 0,0193 m. Sc = [2] 2,4 8 1/3 Reator de membrana com CVR de porosidade ppi. Ponce-de-León 150<Re<4000. d H = 0,0193 m. Sc = e Pletcher, [3] 1,18 2 1/3 FM21-SP placa plana + promotor de turbulência. 65<Re<450. Hammond et A = 3 m². d H = 0,02 m. Sc = al., 1990.* [4] 0,71 0,55 1/3 FM01-LC filtro-prensa + promotor de turbulência. 500<Re<2200. Griffiths et al., d H = 0,0097. A = 0,0064 m². Sc = [5] 1,39 0,57 1/3 Reatores utilizados na EG e EV com CVR 45 ppi. 1000<Re<3300. Presente trabalho. d H (EG) = 0,0193 m e d H (EV) = 0,014 m. A(EG) = 03 m² e A(EV) = 0,022 m². Sc = * apud Ponce-de León et al., 2007 b. ISSN

10 Os resultados da Figura 15 mostram que a existência do meio poroso aumenta significativamente a transferência de massa em reatores eletroquímicos. No entanto, outro ponto importante a ser observado em equipamentos industriais é o seu desempenho com relação à perda de pressão ou perda de carga, que está diretamente relacionado ao custo de energia com bombeamento. Apesar do reator utilizado neste trabalho ter apresentado um desempenho um pouco inferior ao dos demais autores, acredita-se que devido a seus aspectos construtivos, sua perda de carga será menor, pois nos outros reatores citados, a distribuição do fluido no compartimento reacional é feita através de pequenos canais o que levaria então a uma elevada perda de carga. 4. CONCLUSÕES Pode-se concluir do trabalho realizado: Verificou-se neste trabalho que a velocidade de escoamento influenciou bastante o processo de eletrodeposição de metais; A determinação dos valores de k m pelas técnicas de eletrodeposição voltamétrica e galvanostática de Cu 2+ apresentou valores muito próximos e que independeram do ph da solução na faixa estudada (ph entre 2 e 4); A correlação Sh = 1,39Re 0,57 Sc 0,33 representou muito bem os dados de eletrodeposição de cobre no reator utilizado neste trabalho e os valores de transferência de massa foram bastante próximos aos de outros reatores eletroquímicos de CVR estudados por outros autores; A correlação Sh-Re considera apenas o fenômeno da transferência de massa, porém, em casos em que há a presença de aditivos e outros compostos orgânicos no eletrólito, outros fenômenos, como a adsorção e/ou reações químicas, podem sobrepujar o efeito da transferência de massa. 5. REFERÊNCIAS GRIFFITHS, M.; PONCE-DE-LEÓN, C.; WALSH, F.C. Mass transport in the rectangular channel of a filter-press electrolyzer. Aiche J., v. 51, p , LANZA, M. R. V.; BERTAZZOLI, R. Removal of Zn(II) from chloride medium using a porous electrode: current penetration within the cathode. J. Appl. Electrochem, v. 30, p , PLETCHER, D.; WHYTE, I.; WALSH, F.C.; MILLINGTON, J.P. Reticulated vitreous carbon cathodes for metal ion removal from process streams. Part I: Mass transport studies, J. Appl. Electrochem., v. 21, p , PLETCHER, D.K.; WALSH, F.C. (1990), Industrial Electrochemistry, Chapman and Hall, Cambridge, 653 p. [a] PONCE-DE-LEÓN, C.; LOW, C.T.J.; KEAR, G.; WALSH, F.C. Strategies for the determination of the convective-diffusion limiting current from steady state linear sweep voltammetry. J. Appl. Electrochem. v. 37, p , [b] PONCE-DE-LEÓN, C.; READE, G.W..; WHITE, I.; MALE, S.E.; WALSH, F.C. Characterization of the reaction environmene in a filter-press redox flow reactor. Electrochim. Acta, v. 52, p , PONCE-DE-LEÓN, C.; PLETCHER, D. The removal of Pb(II) from aqueous solutions using a RVC cathode cell The influence of the electrolyte medium. Electrochim. Acta. v. 41, p , AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPQ, à FAPESP e à CAPES pelo apoio financeiro que permitiu a realização deste trabalho. ISSN