VI-033 DEGRADAÇÃO DE CORANTES REATIVOS UTILIZANDO-SE PROCESSO FOTO-FENTON MODIFICADO

Transcrição

1 VI-033 DEGRADAÇÃ DE CRANTES REATIVS UTILIZAND-SE PRCESS FT-FENTN MDIFICAD Kely Viviane de Souza Licenciada e Bacharel em Química pela Universidade Federal do Paraná e Mestranda em Química na área de tratamento de resíduos na UFPR. Patricio Peralta-Zamora Formado em Química pela Universidad de Chile e com curso de Mestrado em Química e Doutorado em Ciências no IQ-UNICAMP. Professor do Departamento de Química da UFPR, onde desenvolve atividades de pesquisa na área de tratamento de resíduos industriais. Nos últimos 5 anos, publicou aproximadamente 30 artigos em revistas científicas de circulação nacional e internacional. Endereço: Laboratório de Química Ambiental e de Materiais, Departamento de Química, UFPR. C.P CEP Curitiba PR Brasil zamora@quimica.ufpr.br RESUM Atualmente, há uma grande preocupação com relação ao impacto ambiental causado pelas atividades industriais. A indústria têxtil tem merecido destaque por ser fonte geradora de grandes quantidades de efluentes contendo forte coloração e elevada carga orgânica, provenientes do processo de tingimento. Esses efluentes contém corantes reativos do tipo azo, os quais apresentam um elevado potencial carcinogênico e mutagênico. Pelo fato de metodologias de remediação utilizadas pela indústria serem ineficientes para a remoção da cor e toxicidade, há necessidade em desenvolver novas alternativas de tratamento. Dentre elas, os processos oxidativos avançados merecem destaque pela elevada capacidade de degradação em tempos relativamente pequenos. Dentro deste contexto, os processos Fenton são bastante convenientes pela simplicidade operacional e elevada eficiência. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo a utilização do processo foto-fenton para a degradação de corantes reativos, utilizando ferro III imobilizado. A parte experimental envolveu a imobilização do Fe 3+ em uma resina de troca iônica (fortemente catiônica) e o tratamento fotoquímico foi realizado em um reator convencional, equipado com refrigeração a água, agitação magnética e sistema de oxigenação. A radiação ultravioleta foi proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de 125 W sem o vidro protetor, localizada a 10cm da superfície da solução, onde foram adicionados 50 ml de solução aquosa de corante laranja reativo 16 (50 ppm), 0,05g de resina modificada e 20µL de H 2 (concentração final 100ppm) e submetidos a irradiação. Alíquotas foram coletadas em intervalos adequados e submetidas a análise espectrofotométrica. Degradação de 80% foi conseguida em tempo de reação de 60 minutos o que comprova a eficiência do processo e a conveniência em se utilizar forma imobilizada de ferro III, uma vez que se torna possível a reutilização do sistema imobilizado sendo isto de grande importância para sistema de tratamento em grande escala. PALAVRAS-CHAVE: Corantes reativos, sistema Fenton, ferro imobilizado, degradação fotoquímica. INTRDUÇÃ Um dos maiores problemas da sociedade moderna, têm sido a contaminação do meio ambiente decorrentes do aumento populacional, o que acarreta um aumento das atividades industriais e agrícolas, ocorrendo a geração de grandes quantidades de efluentes que na maioria das vezes não recebem um tratamento adequado. Dentre as atividades industriais, grande destaque pode ser dado às atividades relacionadas com a indústria têxtil, principalmente em função de três fatores de grande importância: São estes: Elevado consumo de água no processo de beneficiamento de fibras, baixo aproveitamento dos insumos e deficiência dos processos utilizados nas rotinas de tratamento de resíduos. Em função desta realidade, os resíduos produzidos por este setor apresentam elevada carga orgânica e forte coloração [1]. Grande parte da carga orgânica é representada por agentes engomantes (amido), facilmente degradados pelos processos biológicos tradicionais. No entanto, a cor, originada por uma grande variedade de corantes reativos (contém um grupo eletrofílico capaz de formar ligação covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas e com grupos amino das poliamidas e são utilizados para o tingimento do algodão, lã e celulose), mostra-se bastante ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 resistente a este tipo de procedimentos. Embora os corantes apresentem baixa toxicidade, estudos comprovaram que no processo de degradação natural dos corantes reativos, há formação de subprodutos mais tóxicos que o próprio corante [2-3]. efeito agudo e crônico, são aspectos importantes que devem ser avaliados quando trata-se de toxicidade, onde o efeito crônico tem se tornado um problema preocupante uma vez que uma vez que os subprodutos dos corantes reaivos (azo) apresentam elevado potencial carcinogênico [4]. Perante este problema, o estudo de novas e melhores alternativas de tratamento torna-se fundamental. Dentre as varias alternativas existentes para o tratamento de resíduos contendo corantes, cabe aos processos oxidativos avançados (PA s) um lugar de destaque, principalmente em função da sua elevada capacidade de degradação em tempos relativamente curtos [5]. s PA s são baseados na formação de radicais hidroxila (. H), agente altamente oxidante. Devido a sua alta reatividade (E o = 2,8 V), radicais hidroxila podem reagir com uma grande variedade de compostos promovendo sua total mineralização até C e H 2. s PA são divididos em sistemas homogêneos e heterogêneos, onde os radicais hidroxila são gerados com ou sem irradiação ultravioleta. Dentro deste contexto, os processos Fenton mostram-se bastante convenientes, graças a sua simplicidade operacional e elevada eficiência [6-7]. Um dos poucos inconvenientes apresentados por este tipo de sistema, está representado pela necessidade de condições ácidas (ph < 3), de maneira a evitar a precipitação de hidróxidos de Ferro III. Uma das maneiras de contornar este inconveniente, e estender a faixa de aplicabilidade do sistema, consiste na utilização de formas suportadas de Ferro (II ou III). principal objetivo do presente trabalho consiste na avaliação do potencial do sistema foto-fenton, em relação a degradação de corantes reativos utilizados pela indústria têxtil, utilizando-se uma forma imobilizada de ferro III. MATERIAIS E MÉTDS Reagentes: Corante Laranja reativo 16 (Aldrich) (Figura 1), Fe 2 (S 4 ) 3 (Riedel De Haen) e H 2 (Merck, 30% m/m), foram utilizados como recebidos. utros reagentes de uso comum foram de grau analítico PA. A resina de troca catiônica forte (Merck, tipo I) foi utilizada na forma protonada. Na 3 SCH 2 CH 2 S N N S 3 Na CH 3 C NH Figura 1: Estrutura química do corante Laranja Reativo 16. Procedimento: A imobilização de Fe 3+ foi realizada deixando-se em contato, durante 2h, 400 ml de uma solução aquosa de Fe 2 (S 4 ) 3 (10 g L -1 ) e 10 g de resina. Após este período, a resina foi separada por filtração e lavada abundantemente com água deionizada. A quantidade de ferro imobilizado na resina foi determinado indiretamente, avaliando-se a concentração de ferro remanescente em solução, via técnica especrofotométrica (o-fenantrolina). processo fotoassistido foi conduzido em um reator fotoquímico convencional, equipado com refrigeração a água, agitação magnética e sistema de oxigenação (100 ml min -1 ). A radiação ultravioleta foi proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de 125 W (Philips), sem o vidro protetor, localizada a 10 cm sobre a superfície da solução. 50 ml de uma solução aquosa do corante (50 mg L -1 ) foram adicionadas de 0,05 g de resina modificada e 20 µl de H 2 (concentração final de 100 mg L -1 ), e submetidos a irradiação por tempos convenientes. Alíquotas foram coletadas em intervalos adequados e submetidas a análise espectrofotométrica, utilizando-se um equipamento SCINC. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 RESULTADS A partir das concentrações de ferro remanescentes em solução, após o processo de imobilização, calculou-se a quantidade de ferro imobilizado na resina, valor que correspondeu a 19,25 mg/g. Com base em antecedentes preliminares (resultados não publicados), concentrações de 100 mg L -1 de H 2 e 20 mg L -1 de Ferro (equivalente a 0,5 g de resina modificada) foram escolhidas para todos os estudos de degradação. A estrutura química do corante em estudo é apresentada na Figura 1, enquanto que o seu espectro UV-VIS característico é apresentado na Figura 2. Trata-se de um corante do tipo azo, de elevado potencial tóxico, em função da possibilidade de produzir, quando submetido a degradação natural, derivados benzidínicos reconhecidamente carcinogênicos Absorbância λ max : 488 nm Comprimento de onda (nm) Figura 2: Espectro característico do corante Laranja Reativo 16. Uma vez que a descoloração da amostra em estudo pode se dar por vários processos simultâneos (ex. adsorção na resina, decomposição na presença de H 2 e radiação UV, além de todas as combinações possíveis), um estudo preliminar foi sistematicamente realizado, obtendo-se os resultados apresentados na Figura 3. É bastante claro, a partir desta figura, que grande parte dos processos paralelos acima salientados não provocam nenhuma resposta significativa no estudo de descoloração. A baixa adsorção do corante na resina, assim como a decomposição nula observada na presença de peróxido de hidrogênio ou radiação ultravioleta, não deixam de ser surpreendentes, haja vista a extrema reatividade química da resina e o caráter fotossensível de muitos corantes. Níveis algo maiores de descoloração foram observados quando o corante foi submetido ao sistema H 2 -UV. Certamente, esta degradação deve ser responsabilidade de radicais hidroxila, gerados por cissão homolítica da molécula de peróxido quando na presença de radiação desta energia (Eq. 1). fato de descolorações inferiores a 15% terem sido observadas nestas condições, pode ser explicada pela baixa eficiência do sistema de irradiação utilizado (irradiação superficial). H 2 + hν (254 nm) 2H. Eq. 1 Quando o sistema foto-fenton (Eq. 2 e 3) é aplicado na sua forma plena (Figura 3), descolorações próximas a 80% foram observadas, em tempos de reação de 60 min. Ao analisar os espectros inicial e final obtidos neste processo (Figura 4), é possível verificar que não apenas as bandas de absorção da região visível (centradas em 488 e 390 nm) são degradadas com elevada eficiência, mas também a intensa banda centrada nas proximidades de 300 nm, a qual reflete estruturas aromáticas. Este resultado nos faz supor que o processo, além de permitir a rápida degradação dos grupos cromóforos existentes na molécula, propicia uma ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 significativa fragmentação da mesma, levando a espécies de menor tamanho, tipicamente ácidos carboxílicos e aldeídos de cadeia curta. Fe 3+ + H 2 + hν (254 nm) Fe 2+ + H. + H + Eq. 2 Fe 2+ + H 2 Fe 3+ + H. + H - Eq Absorbância (488 nm) Resina, H 2, Resina-UV, Resina-H 2 H 2 -UV Resina-H 2 -UV Tempo (min) Figura 3. Estudo de descoloração do corante Laranja Reativo Tempo zero Tempo 60 min Absorbância Comprimento de onda (nm) Figura 4. Avaliação espectrofotométrica do processo de degradação do corante Laranja Reativo 16 CNCLUSÕES A utilização de uma forma imobilizada de ferro III mostrou-se altamente conveniente para a degradação de um corante reativo resistente aos tratamentos convencionais, propiciando degradação da ordem de 80% em tempos de reação de 60 min. A possibilidade de reutilização do sistema imobilizado, assim como a natural ampliação da faixa operacional de ph, são fatores complementares de extrema importância para o desenvolvimento de um sistema de tratamento em grande escala, principal objetivo final deste trabalho. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS 1. Conchon, J. A.; Base Têxtil., 1999, 123, Guaratini, C.C.I.; Zanoni, M.V.B; Quím. Nova, 2000,1 (23), Brown, M.A.; De Vito, S.C.; Environ. Technol, 1993, 23, Correia, V. M.; Stephendon, T.; Judd, S.; J. Environ. Technol., 1994, 15, Legrini,.; liveros, E.; Braun, A. M. Chem. rev., 1993, 93, Arslan, I. A. B. Chemosphere, 1999, 39, Nogueira, F.P.; Jardim, W.F.; Química Nova, 1998, 1 (21). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5