JÉSSICA FLOR E OLIVEIRA. DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS UTILIZANDO CATALISADORES DE Nb 2 O 5 E MoO 3 /Nb 2 O 5 PATOS DE MINAS

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1 JÉSSICA FLOR E OLIVEIRA DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS UTILIZANDO CATALISADORES DE Nb 2 O 5 E MoO 3 /Nb 2 O 5 PATOS DE MINAS 2014

2 JÉSSICA FLOR E OLIVEIRA DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS UTILIZANDO CATALISADORES DE Nb 2 O 5 E MoO 3 /Nb 2 O 5 Monografia realizada como requisito de avaliação parcial da disciplina TCC II, do curso de Engenharia Química, sob orientação do professor Dr. Kleper de Oliveira Rocha. PATOS DE MINAS 2014

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4 Dedico este estudo aos meus mestres, que através de seus ensinamentos, dedicação e compreensão possibilitaram minha formação profissional e pessoal.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por colocar as pessoas certas em meu caminho. Agradeço ao orientador de monografia Doutor Kleper de Oliveira Rocha pelo incentivo, dedicação e paciência. Agradeço à Mestre Elizete Maria da Silva Moreira pela ajuda, compreensão e ensinamentos proferidos em prol deste trabalho. Agradeço ao coordenador do curso de Engenharia Química Doutor Fernando Dias da Silva pela disponibilidade, incentivo, paciência, apoio e dedicação. Agradeço à Débora Lacerda, Eduarda Dias, João Paulo Araújo e Karoline Ribeiro pela imensa ajuda e paciência. Agradeço ao Centro Universitário de Patos de Minas, pelos materiais e laboratórios disponibilizados.

6 RESUMO Nas últimas décadas muita importância tem sido dada à questão ambiental, novas legislações foram criadas e cada vez mais estudos giram em prol da mitigação de agentes nocivos ao meio ambiente. As indústrias têxteis, conhecidas poluidoras, vêm aplicando ferramentas na tentativa de minimizar seus impactos ambientais. O setor têxtil gera efluentes com alto nível de toxicidade e de natureza extremamente complexa, existe uma diversidade de estudos voltados para a viabilização da degradação destes efluentes. Há vários métodos de remoção de poluentes em efluentes, no entanto os processos oxidativos avançados tem se destacado, pois além de ser uma tecnologia limpa e permitir a implantação em unidades de pequeno porte e silenciosas, apresentam como principal característica a capacidade de degradação completa do poluente ou degradação em moléculas menos complexas. Os processos oxidativos avançados são divididos em homogêneos e heterogêneos. Nos homogêneos a degradação é feita por meio de fotólise direta, já nos heterogêneos há utilização de catalisadores com a finalidade de aumentar a velocidade de reação. O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência fotocatalítica do pentóxido de nióbio (Nb 2 O 5 ) e do pentóxido de nióbio dopado com trióxido de molibdênio (MoO 3 /Nb 2 O 5 ), sob radiação ultravioleta. Para isso foi escolhido um corante amplamente utilizado, não só no segmento têxtil, chamado Rodamina B, pertencente à família das fluoronas. Os catalisadores de Nb 2 O 5 foram sintetizados através do método de Pechini, que permite a incorporação do metal na cadeia principal do polímero para obtenção de um precursor polimérico. A dopagem por molibdênio foi feita pelo método de impregnação, permitindo assim a obtenção de pós de alta pureza, distribuição de cátions por toda a estrutura polimérica e formação dos cristalitos devidamente ordenados, utilizando sistemas com temperaturas mais baixas e com menor custo de produção. O processo de degradação foi realizado em condições semelhantes de temperatura, pressão, umidade e agitação. O sistema reacional continha três lâmpadas ultravioleta com λ emisssão igual a 254 nm (UV-C de 75 W, Phillips TUV). O tempo limite de reação estabelecido foi de 60 minutos em todos os experimentos. A cada 10 minutos foram recolhidas alíquotas, que foram posteriormente analisadas por espectrofotometria UV/Vísivel no comprimento de onda de 560 nm. Os resultados foram registrados através de curvas de concentração relativa por tempo de reação em cada um dos experimentos. Nos experimentos 01 e 02 não havia presença de catalisador. Nos experimentos 03, 04 e 05 havia presença do catalisador de Nb 2 O 5. Nos experimentos 06, 07 e 08 havia presença do catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. Os resultados mostraram que na ausência de catalisador não houve degradação. Na presença do

7 catalisador de Nb 2 O 5 a degradação é crescente em relação ao tempo e concentração de catalisador. Porém na presença do catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5, o material é degradado com eficiência apenas quando há baixa concentração de catalisador e a medida que a concentração aumenta ocorrem desvios, provavelmente provocados por interferências. Palavras-chave: Fotocatálise. Ultravioleta. Nióbio.

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO INDÚSTRIA TÊXTIL CORANTES TÊXTEIS PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS FOTOCATALISADORES Dióxido de Titânio Pentóxido de Nióbio Trióxido de Molibdênio RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA MÉTODO DE PECHINI METODOLOGIA SÍNTESE DO CATALISADOR SOLUÇÃO DO CORANTE PROCESSO DE DEGRADAÇÃO RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 24

9 1 1 INTRODUÇÃO A crescente escassez de recursos naturais e os altos índices de poluição, torna necessária uma conscientização da sociedade, assim como criação de ações que minimizem ou eliminem os problemas gerados pela poluição ambiental. Existem atividades industriais que utilizam uma grande quantidade de água e, consequentemente, geram níveis elevados de efluentes. Segundo Cesconetto Neto (2002), os principais exemplos de alta geração de efluente são a indústria têxtil e a indústria de papel e celulose. A indústria têxtil ocupa o 4º lugar mundial de indústrias com alto potencial poluidor. O grande consumo de água é proveniente principalmente das etapas de lavagem, alvejamento, tingimento e acabamento (OLIVEIRA, 2013). Rezende (2012) observou que os efluentes têxteis contaminados com corantes, além da poluição visual, causam alterações em ciclos biológicos o que afeta os mecanismos fotossintéticos. A Rodamina B é um dos principais corantes orgânicos presentes nos efluentes têxteis, sendo extremamente nocivo ao ambiente aquático em longo prazo (MERCK KGAA, 2014). Para minimizar esse problema há uma busca constante por novas metodologias para o tratamento de efluentes industriais, envolvendo métodos físicos, químicos e biológicos, principalmente devido ao aumento da complexidade dos novos compostos (KUNZ et al., 2002). Os métodos químicos são amplamente utilizados nos tratamentos de efluentes, principalmente os processos oxidativos avançados (POA), que geram espécies altamente oxidantes para promover a degradação de matéria orgânica (OLIVEIRA, 2013). Dentre esses processos há a fotocatálise heterogênea, que segundo Cesconetto Neto (2002), é um processo que proporciona a fotodegradação de compostos orgânicos, mineralizando e transformando-os em dióxido de carbono, água e íons inorgânicos, além de reduzir metais de grande toxicidade, gerando assim compostos menos tóxicos. O processo fotocatalítico é versátil e flexível. O titânio constitui aproximadamente 0,62% da massa da crosta terrestre, além de estar entre os dez elementos de maior abundância na Terra (SILVA FILHO, 2006). O semicondutor mais utilizado atualmente é o de dióxido de titânio (TiO 2 ), principalmente pelo seu alto índice de refração e pelas suas propriedades elétricas e ópticas (LIMA, 2013). O catalisador de nióbio possui um menor raio hidrodinâmico, depositando com maior facilidade, o que possibilita sua reutilização em diversos ciclos catalíticos (MARTINS; COSTA, 2010).

10 2 Os fotocatalisadores podem apresentar dois problemas muito comuns, o comprimento de onda fora do alcance da região do visível e a recombinação das cargas fotogeradas. Uma forma de minimizá-los é a utilização de dopantes, que aumentam a banda de absorção (MOURÃO et al., 2009). A radiação ultravioleta, assim como a natural, é utilizada nos processos de degradação fotocatalítica, pois, induzem as reações de degradação, modificando as propriedades físicas e químicas do efluente. Para que ocorra um aumento da eficiência nas reações onde a energia de bandgap tem altos valores, utiliza-se comumente a radiação ultravioleta (TEIXEIRA; JARDIM, 2004; LIMA, 2013). Neste trabalho foi utilizado o semicondutor de pentóxido de nióbio (Nb 2 O 5 ) produzido pelo método de Pechini, dopado por impregnação com trióxido de molibdênio (MoO 3 ) e o processo de decomposição fotocatalítica ocorreu com utilização de radiação ultravioleta (UV) em reator batelada. A proposta deste trabalho foi testar a eficiência e a viabilidade do catalisador de pentóxido de nióbio para implantação na degradação de corantes em grande escala.

11 3 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 INDÚSTRIA TÊXTIL A atividade industrial gera uma quantidade enorme de poluentes, como subprodutos, restos de matéria prima, erros nos processos, etc. Alguns resíduos são tóxicos, necessitando de um tratamento adequado para que não prejudique os recursos naturais e a qualidade de vida (CESCONETTO NETO, 2002). Nota-se um avanço das leis ambientais com a intenção de reduzir ao mínimo a poluição industrial, e o desenvolvimento de diversas linhas de pesquisa com objetivo de transformar os poluentes em compostos inofensivos ao ecossistema. Estima-se que, para produção de cada quilo de malha, as indústrias consomem de 100 a 200 litros de água, principalmente na etapa de beneficiamento (COELHO; BAASCH; FIALHO, sd). Desde a década de 1950, são buscadas alternativas com menor custo e maior eficiência para o tratamento de efluentes aquosos, principalmente os contaminados por substâncias orgânicas. Dentre estes compostos orgânicos, podem-se destacar os corantes têxteis (REZENDE, 2012). No beneficiamento têxtil (operações de purga, mercerização, desengomagem, alvejamento e tingimento) estão presentes as etapas do processo onde são gerados os maiores volumes de efluentes líquidos, com elevada carga de contaminante dependendo do tipo de processo operacional, matéria prima utilizada e do produto final. O maior desafio enfrentado pela indústria têxtil é a redução do volume de efluentes, tanto através da recirculação e reaproveitamento de água quanto pela recuperação de produtos, sem comprometer a qualidade do produto final (FREITAS, 2002). A indústria têxtil produz efluentes com coloração intensa, pois cerca de 20% dos corantes utilizados no processo de tingimento são perdidos (BARROS; SOUZA, 2010). Segundo Guaratini e Zanoni (2000), a fixação do corante na fibra, é feito por meio de reações químicas, para retirar o excesso de corante, é realizada uma etapa de lavagem em banhos correntes. O efluente têxtil apresenta uma grande variabilidade de substâncias, como corantes, pigmentos e produtos auxiliares, devido à quantidade de compostos presentes, a caracterização desses efluentes tornam-se extremamente complexa (KUNZ et al., 2002).

12 4 Rezende (2012) estimou que em todo o mundo, são produzidas mais de toneladas de corantes e pigmentos a cada ano. Os corantes, em amplo sentido, são compostos formados por pequenas moléculas que conferem cor aos corpos aos quais se juntam, absorvendo seletivamente a luz (GUARATINI; ZANONI, 2000). Essas moléculas são constituídas de duas partes, o grupo cromóforo e o grupo funcional responsável pela fixação da cor (OLIVEIRA, 2013; REZENDE, 2012). O tratamento de efluentes contaminados por corantes tem sido realizado através de combinações de processos biológicos, físicos e químicos convencionais, contudo as características complexas e bioresistentes destes compostos provocam uma poluição secundária (BARROS; SOUZA, 2010). Nos processos de oxidação de poluentes orgânicos é comum a utilização da degradação biológica, devido ao baixo custo e a possibilidade de tratar grandes volumes de efluentes. Entretanto, pequenas diferenças na composição do meio ou na estrutura do composto podem dificultar o funcionamento do sistema biológico e interferir nos processos fotossintéticos naturais (SOARES, 2005). 2.2 CORANTES TÊXTEIS No Brasil foram criadas legislações específicas com o intuito de prevenir a poluição dos corpos de água, como a resolução CONAMA nº 23 de 12 de dezembro de 1996, a Lei 6938 e a instrução normativa nº 96 de 30 de março de 2006, do Ministério do Meio Ambiente. Um dos importantes parâmetros de qualidade de águas considerado por estas leis é a coloração, fator este fortemente afetado pela descarga de efluentes provenientes de diversas indústrias que utilizam corantes como matérias-primas (BALDEZ; ROBAINA; CASSELLA, sd). Rodamina é um nome genérico para a família das fluoronas, que tem massa molar de 479,02 g/mol, fórmula molecular C 28 H 31 ClN 2 O 3 (Figura 1). O corante Rodamina B é um composto orgânico com moléculas complexas, assim como o Cristal Violeta e o Verde Brilhante (ALMEIDA, 2011). As fluoronas em geral são utilizadas como corante laser, como meio amplificador e como corante traçante para determinação de vazão e direção de fluxos de água. Os corantes de rodamina fluorescem e podem ser medidos facilmente e com baixo custo com instrumento chamado fluorímetro (COSTA, 2009).

13 5 Figura 1 - Estrutura molecular do corante Rodamina B. Fonte: Merck KGaA, Outros exemplos de corantes utilizados na indústria têxtil são o amarelo acrílico, o azul acrílico e o vermelho astrazon (SOARES, 2005). 2.3 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Existe uma variedade de métodos para remover poluentes de efluentes, sendo divididos em métodos biológicos, físicos e químicos. Todos têm suas vantagens e desvantagens, mas devido ao elevado custo muitos não se aplicam ao tratamento de efluente têxtil. Dentre os métodos químicos, os processos oxidativos avançados tem se destacado, pois apresenta a possibilidade de degradação completa do poluente ou a degradação em moléculas menos complexas, por ser uma tecnologia limpa e permitir a implantação de unidades de pequeno porte e silenciosas (OLIVEIRA, 2013; SOARES, 2005). Os processos oxidativos avançados (POA) são processos que geram espécies altamente oxidantes (radicais hidroxilas), que provocam a mineralização da matéria orgânica à água, dióxido de carbono e íons inorgânicos (OLIVEIRA, 2013). As principais vantagens dos POA são o forte poder de oxidação, a elevada cinética de reação, a transformação de produtos refratários em compostos biodegradáveis, a mineralização do contaminante sem formar subprodutos e não necessitam de um pós-tratamento ou disposição final (TEIXEIRA; JARDIM, 2004). Os POA são divididos em sistemas homogêneos e heterogêneos, com presença ou ausência de catalisadores na forma sólida, além de poderem estar ou não sob irradiação ultravioleta (UV) (OLIVEIRA, 2013). Nos sistemas homogêneos não há presença de

14 6 catalisadores na forma sólida, e a degradação é obtida por dois mecanismos: a fotólise direta com radiação ultravioleta e a geração de radical hidroxila. Nos sistemas heterogêneos há presença de catalisadores, que aumentam a velocidade da reação (TEIXEIRA; JARDIM, 2004). A fotocatálise heterogênea teve origem na década de 70, quando pesquisadores tentavam produz combustíveis com menor custo, através da transformação da energia solar em química, utilizando células fotoquímicas (REZENDE, 2012). Os processos oxidativos avançados heterogêneos utilizam catalisadores semicondutores fotossensíveis (Figura 2), que tem a capacidade de promover elétrons da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC) quando são excitados por fótons provenientes de uma fonte de irradiação que pode ser natural ou artificial. A região entre a banda de valência e banda de condução é chamada de bandgap e a promoção dos elétrons ocorre somente se a energia de absorção dos fótons for maior que a energia de bandgap. A migração de elétrons entre as bandas energéticas gera sítios redutores e sítios oxidantes nas partículas de catalisador, assim os contaminantes tratados podem ser decompostos diretamente por esses sítios de reação ou através de radicais livres que são formados também nesses sítios de reação (TEIXEIRA; JARDIM, 2004). Figura 2 - Esquema representativo da partícula de um semicondutor. Fonte:Suri et al., FOTOCATALISADORES Os POA heterogêneos utilizando catalisadores semicondutores fotossensíveis permitem flexibilidade e versatilidade, sendo mais eficiente em baixos fluxos e concentrações e normalmente é operado em pressão e temperatura ambiente (CESCONETTO NETO, 2002).

15 7 Mourão et al. (2009) comentaram sobre os dois principais problemas dos fotocatalisadores, onde um deles é a dificuldade de alcançar o comprimento de onda da região do visível e o outro é a recombinação das cargas fotogeradas que reduzem a eficiência da fotocatálise. Uma maneira de minimizar esses problemas é a modificação do semicondutor com dopantes, que quando incorporados à estrutura do semicondutor ampliam a banda de absorção para comprimentos de onda maiores e aumentam a quantidade de cargas fotogeradas. Em um sistema fotocatalítico, o catalisador pode ser em suspensão ou imobilizado. O uso do catalisador em suspensão aumenta a eficiência do processo, permitindo operar na ausência de limitações por transferência de massa, além de propiciar uma maior área catalítica superficial exposta à radiação. No entanto, os catalisadores em suspensão não são tão eficientes para utilização em escala industrial, devido à necessidade de remoção (SOARES, 2005) Dióxido de Titânio O titânio é um metal dúctil, com alta resistência mecânica, baixa densidade e de grande abundância na Terra, utilizado na fabricação de materiais que exigem leveza e resistência (SILVA FILHO, 2006; LIMA, 2013). O titânio é produzido a partir da ilmenita e do rutilo. A maior parte vem da ilmenita, um mineral de ocorrência comum, e o restante do rutilo, um mineral com maior teor de titânio, porém mais escasso. Os maiores produtores do dióxido de titânio são a Austrália, África do Sul, Canadá e China. O Brasil, em 2012, era o maior produtor da America Latina, com 1,0% da produção mundial (BRASIL, 2013). O dióxido de titânio (TiO 2 ) é um semicondutor fotocatalítico amplamente utilizado em indústrias de papel, tintas, plásticos, cerâmicas e cosméticos. Pois possui alto índice de refração, baixa reatividade química, semicondutância fotossensível e na região ultravioleta apresenta um bandgap entre 3,0 e 3,2 ev (CESCONETTO NETO, 2002; SILVA FILHO, 2006; LIMA, 2013) Pentóxido de Nióbio O nióbio é extraído principalmente do mineral columbita, é um metal branco, brilhante, de baixa dureza, muito resistente à corrosão e a altas temperaturas. A principal utilidade do nióbio está na fabricação de escapamentos automotivos, o aço inoxidável com nióbio eleva o desempenho em altas temperaturas, garantido maior durabilidade à peça.

16 8 Empregado também na fabricação de automóveis, turbinas de avião, gasodutos, tomógrafos de ressonância magnética, lâmpadas de alta intensidade e em indústrias aeroespaciais, bélica e nuclear (BRANCO, 2014; PEREIRA JUNIOR, sd). As maiores reservas mundiais estão localizadas no Brasil, Canadá, Austrália e Egito. O Brasil produz mais de 95% do total mundial, as principais reservas estão em Minas Gerais, Amazonas, Goiás, Rondônia e Paraíba (BRASIL, 2013). O pentóxido de nióbio com 99,9% de pureza é utilizado para a fabricação de peças cerâmicas, lentes óticas, condensadores, atuadores cerâmicos e alguns elementos estruturais resistentes ao calor e a abrasão (PEREIRA JUNIOR, sd) Trióxido de Molibdênio O molibdênio tem elevado ponto de fusão, alta densidade, boa condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica e elevada resistência à corrosão, tem diversas aplicações na construção civil e nas indústrias metalúrgica, automobilística e química. Ocorre na natureza em cerca de 50 minerais, dentre eles se destacam a molibdenita, sendo a principal fonte comercial de molibdênio. No Brasil não existem minas deste metal, estima-se uma pequena produção de molibdenita na Bahia, em garimpos. A produção mundial está concentrada na América do Norte, América do Sul e Ásia (BRASIL, 2013). O trióxido de molibdênio tem aplicações variadas, na área de catalise é o principal componente de catalisadores de oxidação. Aplicado frequentemente em complexas misturas catalíticas (SOUZA, 2007). 2.5 RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA A radiação ultravioleta é localizada entre os raios X e a região do visível no espectro eletromagnético e está situada na faixa de 40 a 400 nm de comprimento de onda (DONAIRE, 2001). Nos processos oxidativos a radiação ultravioleta é utilizada para promover a fotólise, que se refere à interação da radiação luminosa com as moléculas, provocando ruptura das ligações químicas, e consequente fragmentação. A energia dos fótons pode ser suficiente para romper uma ligação específica ou várias ligações entre os átomos que compõem uma molécula (PAZ, 2012).

17 9 2.6 MÉTODO DE PECHINI O método de Pechini, idealizado na década de 60 por Pechini, também denominado de método de compostos poliméricos, permite incorporar o metal na cadeia principal para obter um polímero organometálico homogêneo (LIMA, 2013; SANTOS, 2010). Durante o processo de síntese, os sais ou os alcóxidos de metal são introduzidos numa solução de ácido cítrico e o etilenoglicol. Acima de 100ºС, o etilenoglicol e ácido cítrico formam um polímero de citrato. Quando a temperatura é superior a 400ºС, a oxidação da matriz do polímero começa e leva à formação de óxido amorfo e/ou um precursor de carbonato. O aquecimento adicional deste precursor resulta na formação do poliéster desejado, com um elevado grau de homogeneidade e de dispersão (SAKKA, 2005; MAMBRINI, 2004; CASQUEIRA, 2008). Figura 3 - Reações envolvidas na síntese do precursor polimérico pelo método de Pechini. Fonte: Manzani, Este método permite a obtenção de pós com alta pureza, distribuição dos cátions por toda a estrutura polimérica e formação dos cristalitos devidamente ordenados, utilizando sistemas com temperaturas mais baixas e com menor custo de produção. Os complexos preparados têm boa homogeneidade ao nível molecular e controle estequiométrico (COSTA, 2007). Na Figura 3 são representadas as reações envolvidas na síntese do precursor

18 10 polimérico através do método de Pechini, a primeira reação é a de quelação do ácido cítrico formando o citrato metálico e a segunda reação é a de esterificação, onde o precursor polimérico é formado.

19 11 3 METODOLOGIA 3.1 SÍNTESE DO CATALISADOR A síntese do catalisador foi realizada pelo método de Pechini e a dopagem por impregnação de trióxido de molibdênio na resina de pentóxido de nióbio. Quando o ácido cítrico diluído é misturado ao oxalato de nióbio amoniacal é formado um complexo de nióbio, que adicionado ao etilenoglicol, com aquecimento adequado, produz uma reação de poliesterificação, resultando em uma resina polimérica. A resina foi calcinada levando à produção do catalisador de pentóxido de nióbio (Nb 2 O 5 ) (Figuras 4 e 5). Figura 4 - Fluxograma representativo da síntese de Nb 2 O 5.

20 12 Figura 5 - Foto do catalisador Nb 2 O 5. O molibdato de amônio dissolvido em álcool etílico absoluto foi misturado ao catalisador produzido, colocado no rotaevaporador com vácuo e depois calcinado novamente, produzindo assim, o catalisador de pentóxido de nióbio dopado por impregnação por trióxido de molibdênio (MoO 3 /Nb 2 O 5 ) (Figuras 6 e 7). Figura 6 - Fluxograma representativo da síntese de MoO 3 /Nb 2 O 5.

21 13 Figura 7 - Foto do catalisador MoO 3 /Nb 2 O SOLUÇÃO DO CORANTE Foi preparada a solução para o processo de degradação contendo 2,50 mg/l de Rodamina B com teor de 99,8% (Figura 8). Figura 8 - Foto da solução de Rodamina B.

22 PROCESSO DE DEGRADAÇÃO O processo de degradação ocorreu em reator batelada. Foram efetuados oito experimentos em condições semelhantes de temperatura, pressão, umidade e agitação. De cada experimento foram retiradas alíquotas a cada 10 minutos que posteriormente foram analisadas por espectrofotometria UV/Vísivel com comprimento de onda de 560 nm. Através desses dados foi possível levantar a curva, em cada experimento, de concentração relativa (concentração final sobre concentração inicial de Rodamina B) versus tempo, para estabelecer o quanto o material foi degradado em função do tempo de reação. Segundo Paulino e Salgado (2013) o comprimento de onda de máxima absorção do corante Rodamina B foi identificado em 560 nm através de uma varredura espectral de 400 a 800 nm. Segundo Soares (2005) os corantes apresentaram valores máximos de absorbância em 553 nm para a rodamina B. A caixa reacional contém três lâmpadas UV com λ emisssão igual a 254 nm (UV-C de 75 W, Phillips TUV). As alíquotas coletadas foram analisadas em espectrofotômetro UV/Vísivel ( ThermoSpectronic GENESYS 10UV) disponível na central analítica do Centro Universitário de Patos de Minas.

23 15 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO No primeiro experimento a solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foi colocada sob luz natural, com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 1). Gráfico 1 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob luz natural. C/C 0 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0, Tempo (minutos) No segundo experimento a solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foi colocada sob radiação UV, com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 2). Gráfico 2 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV. C/C 0 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0, Tempo (minutos) Ao analisar os gráficos obtidos através dos dados dos experimentos 01 e 02, notase que no tempo observado não há degradação da Rodamina B em nenhum dos casos, indicando a necessidade de um catalisador para que a degradação da Rodamina B ocorra.

24 16 No terceiro experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 0,15 gramas de catalisador (Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 3). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 9. Gráfico 3 Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 0,15 g de catalisador de Nb 2 O 5. 1,2 0,8 C/C 0 0,4 0, Tempo (minutos) Figura 9 - Fotos após a adição de 0,15 g de catalisador de Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos nota-se que no tempo observado a degradação da Rodamina B chegou a 35%. No quarto experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 0,30 gramas de catalisador (Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com

25 17 agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 4). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 10. Gráfico 4 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 0,30 g de catalisador de Nb 2 O 5. 1,2 0,8 C/C 0 0,4 0, Tempo (minutos) Figura 10 - Fotos após a adição de 0,30 g de catalisador de Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos nota-se que no tempo observado a degradação da Rodamina B chegou a 48%. No quinto experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 1,50 gramas de catalisador (Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 5). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 11.

26 18 Gráfico 5 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 1,50 g de catalisador de Nb 2 O 5. 1,2 0,8 C/C 0 0,4 0, Tempo (minutos) Figura 11 - Fotos após a adição de 1,50 g de catalisador de Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos nota-se que no tempo observado a degradação da Rodamina B chegou a 68%. Avaliando os dados dos experimentos 03, 04 e 05, observa-se que a eficiência da degradação aumenta com a concentração do catalisador presente na solução. No sexto experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 0,15 gramas de catalisador dopado (MoO 3 /Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 6). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 12.

27 19 Gráfico 6 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 0,15 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. 1,2 0,8 C/C 0 0,4 0, Tempo (minutos) Figura 12 - Fotos após a adição de 0,15 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos nota-se que no tempo observado a degradação da Rodamina B foi de 69%. Nos primeiros 40 minutos a degradação é de 64%, após esse tempo o processo passa a ser muito lento, chegando a 69% no tempo limite. No sétimo experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 0,30 gramas de catalisador (MoO 3 /Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 7). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 13.

28 20 Gráfico 7 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 0,30 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. 1,2 0,8 C/C 0 0,4 0, Tempo (minutos) Figura 13 - Fotos após a adição de 0,30 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos nota-se que no tempo observado a degradação da Rodamina B foi de 52%. Nos primeiros 10 minutos a degradação já atinge 52%, valor que se mantém até o tempo limite da reação, indicando que o aumento da concentração de molibdênio na solução provoca uma redução na eficiência de degradação. Resultados obtidos por Souza (2007) mostram que à medida que se aumenta o teor de molibdênio em solução, maior é a influência do tempo de reação sobre a conversão. Quando há baixa concentração de molibdênio, a conversão é pouco influenciada.

29 21 No oitavo experimento à solução de Rodamina B diluída a uma concentração 2,50 mg/l foram adicionados 1,50 gramas de catalisador (MoO 3 /Nb 2 O 5 ), mantida sob radiação UV e com agitação constante. A reação ocorreu por 60 minutos e alíquotas foram coletadas a cada 10 minutos (Gráfico 8). A coloração das soluções podem ser observadas na Figura 14. Gráfico 8 - Gráfico da concentração final sobre a concentração inicial de Rodamina B versus tempo, sob radiação UV e 1,50 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. C/C 0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo (minutos) Figura 14 - Fotos após a adição de 1,50 g de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. A Tempo: 0 minutos. B Tempo: 60 minutos. A B Através dos dados obtidos no Gráfico 8 nota-se que no tempo observado não ocorre degradação da Rodamina B, a curva demonstra uma acentuada elevação da concentração, que pode ser decorrente de interferências causadas pela utilização de molibdênio.

30 22 Paiva Junior et al. (2006) realizaram um estudo sobre a influência da adição de molibdênio no catalisador de VO x /Nb 2 O 5 na reação de decomposição de isopropanol e DTP- NH 3 e através das análises, concluíram que a adição do molibdênio ao sistema provocou alterações na acidez total do catalisador, levando a uma queda considerável da atividade catalítica, provocada pela diminuição dos sítios ácidos de Lewis e aumento de sítios ácidos de Bronsted. De acordo com os dados obtidos por Souza (2007), com o aumento do teor de molibdênio o valor da área superficial tente a diminuir principalmente em amostras calcinadas a altas temperaturas (próximas de 700 C). Há parâmetros muito importantes em catalise heterogênea, determinantes para justificar as diferenças observadas em testes catalíticos, alguns deles são: acidez total, área superficial e natureza das fases ativas. As quantidades de catalisador utilizadas nos experimentos e os valores de degradação da Rodamina B foram organizados nas Tabelas 1 e 2. Tabela 1 - Degradação da Rodamina B, utilizando catalisador de Nb 2 O 5. Catalisador Nb 2 O 5 Exp. Quantidade de catalisador Degradação 3 0,15 g 35% 4 0,30 g 48% 5 1,50 g 68% Tabela 2 - Degradação da Rodamina B, utilizando catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5. Catalisador MoO 3 /Nb 2 O 5 Exp. Quantidade de catalisador Degradação 6 0,15 g 69% 7 0,30 g 52% 8 1,50 g -

31 23 5 CONCLUSÃO Fica evidenciada a necessidade da utilização de catalisadores nos Gráficos 1 e 2, onde não há degradação na ausência deles. Na utilização do catalisador Nb 2 O 5, a degradação é crescente em relação à concentração de catalisador. Quanto maior a concentração de catalisador em solução maior a degradação sofrida pela Rodamina B. Na utilização do catalisador MoO 3 /Nb 2 O 5, a degradação decresce nos experimentos 06 e 07, já no experimento 08, a concentração aumenta, provavelmente pela existência de interferências causada pelo molibdênio. O maior valor de degradação da Rodamina B, nos experimentos realizados, foi obtido através da utilização de baixa quantidade (0,15 gramas) de catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5, porém um valor muito parecido foi encontrado quando foram utilizadas 1,50 gramas de catalisador de Nb 2 O 5. Assim fica evidente que o catalisador de MoO 3 /Nb 2 O 5 é mais eficaz, porém requer análises mais precisas para que seja utilizado adequadamente.

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