DESENVOLVIMENTO DE REATOR ELETROQUÍMICO PARA A REMOÇÃO DE METAIS TÓXICOS PRESENTES EM EFLUENTES INDUSTRIAIS

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1 ISSN DESENVOLVIMENTO DE REATOR ELETROQUÍMICO PARA A REMOÇÃO DE METAIS TÓXICOS PRESENTES EM EFLUENTES INDUSTRIAIS 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 têm obtido grande 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. O foco deste trabalho é a região controlada pelo transporte de massa para a eletrodeposição de cobre em eletrodo de carbono vítreo reticulado, que apresenta porosidades de até 98%. Neste contexto objetiva-se determinar o coeficiente de transporte de massa ( ) por duas técnicas distintas, sendo a primeira a voltametria para os íons cobre e a segunda, utilizando as curvas de concentração em função do tempo, obtidas dos experimentos de eletrodeposição. Na realização desses experimentos foram utilizados dois reatores, sendo o da voltametria projetado para a inserção de um capilar de Luggin e o reator utilizado na eletrodeposição, projetado aproveitando aspectos construtivos de filtros prensa para proporcionar facilidade de operação, manutenção e transporte. Os resultados mostraram que os dois métodos apresentaram valores de bastante próximos o que torna o método da voltametria o mais indicado por ser o mais rápido e simples. INTRODUÇÃO 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). Esses efluentes geralmente provêm de processos de lavagem presentes no processo eletroquímico, ou no tratamento de superfícies e por este motivo apresentam, em sua maioria, concentrações de metais inferiores a 1 g L -1. Essas concentrações são consideradas baixas para o processo eletroquímico, fazendo com que o processo seja inevitavelmente controlado pelo transporte de massa, o que inviabiliza a utilização de eletrodos bidimensionais por apresentarem pequena área superficial e 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 ao processo eletroquímico altas taxas de transferência de massa. Por este motivo os eletrodos porosos, entre eles o carbono vítreo reticulado (CVR), vêm obtendo grande sucesso na redução eletroquímica de metais presentes em soluções diluídas. Podem ser enumeradas quatro principais vantagens na utilização de tecnologia eletroquímica como forma de tratamento de efluentes contendo metais tóxicos, quando comparada aos processos convencionais: 1) a remoção do metal da solução e não apenas a 546

2 transferência do íon para a fase sólida, produzindo resíduos permanentes, como ocorre nos tratamentos via precipitação e troca iônica; 2) a reutilização do próprio metal ou uma possível comercialização do mesmo; 3) o fato da eletricidade ser um reagente limpo ; e 4) a facilidade de controle no processo de otimização, já que as variáveis (corrente e vazão) são de fácil ajuste (Pletcher e Walsh, 1990). O íon metálico utilizado neste estudo foi o cobre. Efluentes industriais contendo íons desse metal são gerados em diversos processos produtivos industriais, como por exemplo, na indústria de circuito impresso, galvanoplastia e hidrometalurgia. Estes descartes industriais, mesmo contendo baixas concentrações do íon cobre, ainda se constituem em efluentes bastante tóxicos e, por esta razão, o limite de concentração para seu descarte é controlado por órgãos fiscalizadores, como a CETESB, que estabelece, para emissão em mananciais, que a concentração de Cu 2+ não deve exceder 1,0 mg L -1, mantendo-se o ph na faixa entre 5,0 e 9,0. Para emissão em rede de esgoto, o limite de concentração é de 1,5 mg L -1, com o ph entre 6,0 e 10,0. Devido à crescente consciência ambiental no que concerne ao tratamento dos resíduos industriais e aos custos relacionados a esses processos, este trabalho foi dedicado ao estudo de uma tecnologia ainda pouco utilizada no tratamento de efluentes industriais contendo metais tóxicos: a eletroquímica. Uma vez que os íons metálicos presentes em efluentes industriais na maioria dos casos estão presentes em baixas concentrações, a transferência de massa é o principal mecanismo controlador da cinética da reação. Portanto, a busca por técnicas simples e rápidas para a determinação do coeficiente de transporte de massa ( ) visa proporcionar uma maneira prática de se estipular os valores de vazão e corrente elétrica a serem aplicados em determinado processo de tratamento e também permitir o dimensionamento adequado do reator eletroquímico. Em linhas mais específicas, o objetivo deste trabalho é determinar e comparar o valor de obtido por dois métodos distintos, sendo o primeiro utilizando voltametrias para os íons cobre e o segundo por meio das curvas de concentração em função do tempo, obtidas do processo de eletrodeposição. MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foram realizados quatro 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 o cobre em carbono vítreo plano (CVP) (Bard e Faulkner, 1980); 2) determinação do coeficiente de difusão (D) (Goodridge e Scott, 1995); 3) determinação por voltametria linear da corrente limite no eletrodo de CVR (Ralph et al., 1996; Ponce-de-León et al. 2007); e 4) eletrodeposição 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. Nos experimentos em carbono vítreo foi utilizada uma placa de aço inox como alimentador de corrente (com exceção do reator nos experimentos de voltametria) e o contraeletrodo era DSA de Ti/Ti 0,7 Ru 0,3 O 2 (De Nora do Brasil S.A., Sorocaba-SP). Nos casos em que se trabalhou com o CVR utilizou-se um separador constituído por uma tela de polietileno revestida com tecido de poliamida para evitar o curto-circuito do sistema. Todos os reagentes utilizados neste trabalho eram de grau analítico e água deionizada foi utilizada para a preparação de todas as soluções. Foi utilizado o sal CuSO 4. 5H 2 O como fonte de cobre e o Na 2 SO 4 foi usado como eletrólito suporte 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. Sistema Experimental e Reatores Eletroquímicos Sistema experimental: A Figura 1 mostra esquematicamente o sistema utilizado nos experimentos para realização da voltametria e eletrodeposição de cobre. A unidade experimental apresentada na Figura 1 é composta pelos seguintes componentes principais: 1) tanque de eletrólito; 2) bomba centrífuga; 3) medidor de 547

3 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 das voltametrias para os eletrodos de CVP e de CVR, foi utilizado o potenciostato para a realização das medidas; nos experimentos de eletrodeposição utilizaram-se apenas a fonte de corrente e o voltímetro. área ativa de 2,5 cm 2 e contra-eletrodo DSA (10 cm 2 ), sendo o fluxo de eletrólito pelo reator proporcionado por uma bomba peristáltica. Estes experimentos foram utilizados para a determinação do potencial de corrente limite para os íons cobre. ω contato elétrico revestimento isolante eletrodo de disco linhas de fluxo Figura 2: Representação esquemática de uma célula eletroquímica com eletrodo de disco rotatório (EDR). Figura 1: Representação esquemática do sistema experimental. 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). Eletrodo de disco rotatório: Foram feitos experimentos com eletrodo de disco rotatório (EDR) para a determinação do coeficiente de difusão do Cu 2+ (Greef et al., 1985). A Figura 2 mostra uma representação esquemática da célula eletroquímica com eletrodo de disco rotatório semelhante à utilizada neste trabalho. Eletrodo (24cm 2 ) e contra-eletrodo eram de platina e como eletrodo de referência foi utilizado o eletrodo padrão de hidrogênio (EPH). Para as medidas eletroquímicas, havia acoplado ao EDR um potenciostato PGSTAT30, da Ecochemie. Eletrodo de carbono vítreo plano: Para as medidas de voltametria em eletrodo plano, foi utilizado um reator de fluxo com canal de escoamento de 0,5 cm 2 cujo cátodo era um eletrodo plano de carbono vítreo (CVP) com Voltametria: 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 3 ilustra um esquema desse reator, que foi construído em acrílico para que proporcionasse o acompanhamento visual do processo (a) Figura 3: Vista lateral esquemática do reator para voltametria. 1) e 4) alimentador de corrente e contra-eletrodo, ambos DAS ; 2) eletrodo de CVR; 3) tela de separação; 5) Distribuidor de fluxo; (6) capilar de Luggin

4 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-ágar. Eletrodeposição: A Figura 4 mostra um esquema do reator utilizado nos experimentos de eletrodeposição que foi construído, também em acrílico, aproveitando detalhes de filtro prensa que lhe 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 Figura 4: Vista lateral esquemática do reator utilizado nos experimentos de eletrodeposição. 1) alimentador de corrente; 2) eletrodo de CVR; 3) telas 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 Com o intuito de padronizar os métodos neste trabalho, a voltametria foi denominada de método 1 e a eletrodeposição de método 2. Da mesma forma, foram utilizadas duas soluções diferindo apenas no ph, sendo a solução 1 de ph 2 e a solução 2, ph 4. Determinação do coeficiente de difusão: Nestes experimentos utilizou-se um eletrodo de disco rotatório de platina. O oxigênio dissolvido foi removido da solução borbulhando-se nitrogênio ultra-seco por 30 min antes do experimento. Mantendo-se a concentração de cobre constante, variou-se a velocidade angular de rotação do eletrodo e para cada velocidade foi feita uma varredura linear de potencial usando o potenciostato. Determinação do potencial de corrente limite para o cobre: Nestes experimentos foi utilizado o eletrodo de CVP e o procedimento experimental consistia em se ajustar inicialmente a rotação desejada da bomba peristáltica e em seguida fazer a varredura linear de potencial, usando o potenciostato. A concentração de cobre utilizada nestes experimentos foi mantida em 100 mg L -1. Determinação da corrente limite para o eletrodo de CVR: Usando-se o sistema e o reator mostrados nas Figuras 1 e 3, respectivamente, foi inicialmente ajustada uma velocidade de escoamento e em seguida realizou-se uma varredura linear de potencial também usando o potenciostato. Eletrodeposição de cobre: Estes experimentos foram realizados no reator da Figura 4 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, acionavase o cronômetro. Em intervalos de tempo prédeterminados 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). Media-se também o potencial de célula para o cálculo do consumo energético do processo. O processo foi conduzido galvanostaticamente, em que uma corrente elétrica constante foi aplicada ao processo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Coeficiente de Difusão utilizando EDR A Figura 5 mostra varreduras de potencial obtidas de um EDR de platina para diversas velocidades de rotação em uma solução contendo íons cobre. 549

5 A Equação 1, conhecida como equação de Levich, foi utilizada para a determinação do coeficiente de difusão uma vez que a concentração dos íons cobre na solução foi mantida constante. - I (ma) 1,6 1,2 (1) - I lim (ma) 1,2 1,1 1,0 0,9 0,7 0,5 0,3 0,2 0,1 0, ω 1/2 (rad/s) 16 rad s rad s rad s rad s rad s rad s -1 de eletrodos porosos (Ponce-de-León et al., 2007), inicialmente foi necessário realizar voltametrias usando um eletrodo plano (CVP) para se estimar o potencial de corrente limite (E cl ). A Figura 6 mostra os voltamogramas obtidos para algumas rotações da bomba peristáltica. Verifica-se, mais uma vez, 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. Como o processo aqui estudado refere-se à eletrodeposição, o potencial de corrente limite de interesse é E cl = -1,0 V vs. Ag/AgCl. 0,0 0,0 0,2 1,0 - E (V) vs. EPH Figura 5: Voltamogramas para EDR de platina tendo como parâmetro a rotação do eletrodo. Enxerto: corrente limite em função de ω 1/2. Varredura: 10 mv s -1 ; C: 100 mg L -1. E cl - I (ma) 1,8 1,5 1,2 0,9 10 rpm 20 rpm 30 rpm 40 rpm Observa-se, nestes voltamogramas, a existência de dois patamares de corrente limite, sendo o primeiro, em potenciais menos negativos, envolvendo a reação de redução de Cu 2+ para Cu + e no segundo patamar, de Cu + para Cu 0. Embora de acordo com a literatura (Pletcher et al., 1991) o coeficiente de difusão dos íons Cu 2+ e Cu + sejam iguais em valor teórico, decidiu-se neste trabalho utilizar o segundo patamar, que trata da deposição do metal, por apresentar maiores valores de corrente limite. Foram determinados os valores de corrente limite, no potencial de corrente limite E cl = -6V vs EPH e assim construído o gráfico de Levich, como mostra o enxerto na Figura 5. Verifica-se neste gráfico uma linearidade entre os valores de I lim e ω 1/2, comprovando que o processo está controlado pelo transporte de massa e, consequentemente, a Equação 1 se aplica. Através desta equação, foi obtido o valor de D = 6,79 x m 2 s -1, o que é bastante consistente com os valores encontrados na literatura (Pletcher et al., 1991). Determinação do para o CVR por voltametria Devido à dificuldade em se determinar o patamar de corrente limite em voltamogramas 0,3 0,0 0,2 1,0 1,2 E cl - E (V) vs. Ag/AgCl Figura 6: Voltamogramas para um eletrodo de CVP tendo como parâmetro a rotação da bomba peristáltica. Velocidade de varredura: 10 mv s -1 ; concentração de Cu 2+ : 100 mg L -1 ; ph 4. Conhecendo-se o potencial de corrente limite para a deposição de cobre em CVP, foram realizadas as varreduras de potencial variando-se a velocidade de escoamento, como mostrado na Figura 7. Estes experimentos foram realizados no reator da Figura 3. 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 7. A Equação 2 relaciona a I lim com o, 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. Os valores de foram utilizados juntamente com o valor de D para o cálculo da espessura da camada limite. A Figura 8 mostra 550

6 o comportamento do coeficiente de transporte de massa e da espessura da camada limite hidrodinâmica (δ) em função da velocidade de escoamento. - I (A) 1,0 0,111 ms -1 0,2 0,0 0,2 1,0 1,2 - E (V) vs. Ag/AgCl E cl 0,130 ms -1 0,148 ms -1 0,167 ms -1 0,204 ms -1 0,241 ms -1 0,278 ms -1 0,358 ms -1 Figura 7: Voltamogramas para o CVR tendo como parâmetro a velocidade de escoamento. Velocidade de varredura: 10mV s -1 ; C = 200 mg L -1 ; ph 4. (m s -1 ) x 10 5 (2) (m/s) δ (m) 1,6 1,4 1,2 1,0 0,12 0,16 0,20 0,24 0,28 v (m s -1 ) Figura 8: Coeficiente de transporte de massa e espessura da camada limite hidrodinâmica em função da velocidade de escoamento. As maiores velocidades de escoamento apresentam menores valores de δ, ocasionando num incremento do coeficiente de transporte de massa, o que indica que o processo está sendo beneficiado por melhores taxas de transferência de massa, como era esperado. Eletrodeposição de Cobre Na eletrodeposição de cobre foram utilizadas duas soluções, de mesmo eletrólito suporte, porém diferentes phs. A solução 1 tinha ph 2 e a solução 2, ph 4, sendo que a concentração de cobre inicial média era de 163 mg L -1. δ (m) x 10 5 A Figura 9 mostra experimentos de eletrodeposição de cobre para oito velocidades de escoamento, sendo cinco realizados com a solução 1 e três, com a solução 2. 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. C/C 0 1,0 0,2 0,0 Solução 1 C/C 0 1,0 0,2 Solução 2 0, Tempo (min) 0,027 m s -1 0,055 m s -1 0,082 m s -1 0,109 m s -1 0,137 m s Tempo (min) Figura 9: Concentração normalizada em função do tempo, tendo como parâmetro a velocidade de escoamento. I = 3,0A; C 0 = 163mg L -1. A eficiência de corrente e o consumo energético são dois dos parâmetros quantitativos mais importantes para se avaliar o desempenho de um reator eletroquímico e foram calculados através das Equações 3 e 4, respectivamente. As Figuras 10 e 11 mostram, respectivamente, os gráficos de EC e CE em função do tempo para o processo de eletrodeposição para as duas soluções. (3) (4) Observa-se nos gráficos da Figura 10, que o comportamento na região de controle por transporte de massa (região exponencial), foi muito semelhante para todos os experimentos, independendo do ph. Entretanto os experimentos com a solução de ph 4 apresentaram maiores valores de EC no início dos experimentos, em regiões possivelmente de controle misto ou mesmo cinético. 551

7 Eficiência de Corrente (%) Solução 1 0,027 m s -1 0,055 m s -1 0,082 m s -1 0,109 m s -1 0,137 m s -1 Solução 2 0,027m s -1 0,082m s -1 0,137m s tempo (min) Figura 10: Eficiência de corrente em função do tempo, tendo como parâmetro a velocidade de escoamento. Considerando-se o tempo necessário para a remoção de 95% do cobre da solução (t 95% ), nota-se que em todos os experimentos os valores de EC foram bastante próximos ao final de cada experimento, porém em tempos bastante diferentes. A solução 1 apresentou patamares constantes de EC próximos a 65%. Consumo Energético (kwh kg -1 ) Solução 1 0,027 m s -1 0,055 m s -1 0,082 m s -1 0,109 m s -1 0,137 m s -1 Solução 2 0,027m s -1 0,082m s -1 0,137m s tempo (min) Figura 11: Consumo energético em função do tempo, tendo como parâmetro a velocidade de escoamento. Na Figura 11 observa-se que as curvas possuem um comportamento bastante semelhante, porém os experimentos realizados em condições de maior velocidade de escoamento apresentaram menores valores instantâneos de consumo energético em t 95%. Nessas velocidades, maiores ou iguais a 0,109 m s -1, a taxa de eletrodeposição foi maior e, consequentemente, o processo foi mais eficiente, o que justifica este fato. Com a intenção de comparar a eficiência de corrente e os gastos com energia do processo em um âmbito global, os gráficos mostrados nas Figuras 10 e 11 para a solução 1 foram utilizados para calcular os valores médios desses parâmetros em função da velocidade de escoamento usando a Equação 5. Esses resultados são mostrados na Figura 12. Eficiência de Corrente média (%) EC CE 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 v (m s -1 ) (5) Figura 12: EC e CE em função da velocidade de escoamento para a solução 1. Nota-se na Figura 12 que o aumento da velocidade de escoamento ocasionou um aumento da eficiência de corrente média do processo e, consequentemente, houve uma diminuição do consumo energético médio, sendo que a velocidade de 0,109 m s -1 apresentou o melhor valor de consumo energético e aproximadamente 39% de EC média. Esta velocidade foi considerada como sendo a velocidade de escoamento ótima, pois se aumentando a velocidade não haveria nenhuma redução significativa do consumo energético médio, porém isto implicaria em um maior gasto de energia com bombeamento. Comparação entre os métodos de determinação do A Equação 6 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 a Consumo Energético médio (kwh kg -1 ) 552

8 partir das curvas de concentração normalizada de cobre em função do tempo mostradas na Figura 9. Essas curvas apresentaram regiões de controle misto, ou mesmo cinético, entretanto foi utilizada para a determinação do apenas a região exponencial correspondente àquela controlada por transporte de massa. O bom ajuste aos pontos experimentais evidenciou que o processo estava realmente sob o controle do transporte de massa. (6) A Figura 13 apresenta os dados de em função da velocidade de escoamento para os métodos 1 e 2 e para as soluções de ph 2 e 4. Constata-se pela análise da Figura 13 que os valores de 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 o ph exerceu pouca influência nos valores de. (m s -1 ) x ,0 6,3 5,6 4,9 4,2 3,5 2,8 Solução 1 (método 2) Solução 2 (método 2) Solução 2 (método 1) 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 v (m s -1 ) Figura 13: em função da velocidade de escoamento tendo como parâmetro o método utilizado. Diante destes resultados e com o objetivo de se verificar se o valor de obtido pela técnica simples de voltametria poderia ser utilizado para prever o comportamento da curva de concentração em função do tempo, foram realizados alguns experimentos utilizando diferentes concentrações iniciais de cobre. Estes resultados são mostrados na Figura 14. Nesta figura, as linhas pontilhadas representam o modelo empregado, neste caso, a Equação 6 usando o valor de = 5,2 x 10-5 m s -1, obtido no gráfico da Figura 8, para a velocidade de escoamento de 0,137m s -1. Estes resultados mostram que as duas técnicas utilizadas para a determinação do para a eletrodeposição de cobre fornecem valores bastante parecidos. Nestes experimentos os valores de corrente foram suficientemente elevados para garantir que o processo estivesse totalmente sob o controle por transferência de massa. C (mg L -1 ) C 0 =286 mg L -1-10,1 A C 0 =242 mg L -1-10,0 A C 0 = 82 mg L -1-3,0 A Modelo - Equação 6 = 5,20x10-5 m s -1 v = 0,137 m s Tempo (min) Figura 15: Concentração de Cu 2+ em função do tempo tendo como parâmetro a concentração inicial. Eletrólito: Na 2 SO 4 0,5 M, ph 4. O modelo proposto representa muito bem os dados experimentais, de modo que o obtido das voltametrias pode ser utilizado para se calcular a corrente a ser aplicada em um processo de tratamento de efluentes contendo cobre em condições semelhantes às estudadas. CONCLUSÃO Pode-se concluir do trabalho realizado: O conhecimento de aspectos de transferência de massa em eletrodos porosos é de vital importância para o projeto de reatores eletroquímicos; As velocidade de escoamento ótima para a eletrodeposição de cobre usando a solução 1 foi 0,109 m s -1 considerando-se o consumo energético médio do processo eletroquímico; A variação de ph entre 2 e 4 exerceu pouca influência no valor de porém exerceu uma influência considerável quando comparados os valores de EC e CE médios do processo, sendo que o aumento do ph 553

9 favoreceu um aumento na eficiência de corrente, diminuindo o consumo energético do processo como um todo; Entre os dois métodos analisados para a determinação do coeficiente de transporte de massa, a voltametria constitui-se em um método mais simples e rápido, apresentando valores de muito satisfatórios. NOMENCLATURA A área [L 2 ] c concentração molar [NL -3 ] C concentração mássica [ML -3 ] CE consumo energético [L 2 T -2 M -1 ] D coeficiente de difusão [L 2 T -1 ] E potencial de eletrodo [L 2 MT -3 I -1 ] E cl potencial de corrente limite [L 2 MT -3 I -1 ] EC eficiência de corrente [-] F constante de Faraday [ITN -1 ] I corrente elétrica [I] I L corrente limite [I] coeficiente de transporte de massa [LT -1 ] m massa [M] M massa molecular [MN -1 ] t tempo [T] v velocidade de escoamento [LT -1 ] V volume de eletrólito [L -3 ] z número de elétrons envolvidos na reação [-] Z comprimento do eletrodo [L] Letras gregas δ espessura da camada limite hidrodinâmica [L] U potencial de célula [L 2 MT -3 I -1 ] η sobrepotencial [L 2 MT -3 I] ν viscosidade cinemática [L 2 T -1 ] ω velocidade angular [T -1 ] REFERÊNCIAS GOODRIDGE, F.; SCOTT, K. (1995), Electrochemical Process Engineering, Plenum Pres, New York, 312p. GREEF, R.; PEAT, R.; PETER, L. M.; PLETCHER, D.; ROBINSON, J. (1985), Instrumental Methods in Electrochemistry, Ellis Horwood Ltd., West Sussex, 443 p. LANZA, M. R. V.; BERTAZZOLI, R. (2000), Removal of Zn(II) from chloride medium using a porous electrode: current penetration within the cathode, Journal of Applied Electrochemistry, Vol 30, p PLETCHER, D.; WHYTE, I.; WALSH, F.C.; MILLINGTON, J.P. (1991), Reticulated vitreous carbon cathodes for metal ion removal from process streams. Part I: Mass transport studies, Journal of Applied Electrochemistry Vol 21, p PLETCHER, D.K.; WALSH, F.C. (1990), Industrial Electrochemistry, Chapman and Hall, Cambridge, 653 p. PONCE-DE-LEÓN, C.; LOW, C.T.J.; KEAR, G.; WALSH, F.C. (2007), Strategies for the determination of the convectivediffusion limiting current from steady state linear sweep voltammetry, Journal of Applied Electrochemistry Vol 37, p RALPH, T.R.; HITCHMAN, M.L.; MILLINGTON, J.P.; WALSH, F.C. (1996), Mass transport in an electrochemical laboratory filterpress reactor and its enhancement by turbulence promoters, Electrochimica Acta Vol 41(4), p SPARROW, E. M. (1980), Fluid-to-Fluid Conjugate Heat Transfer for a Vertical Pipe, ASME Journal of Heat Transfer, Vol 102, p AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPQ, à FAPESP e à CAPES pelo apoio financeiro que permitiu a realização deste trabalho. BARD, A. J.; FAULKNER, L. R. (1980), Electrochemical Methods Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, New York, 718p. 554