Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Analítica Ambiental POAs Processos Oxidativos Avançados Alunos: Jordana Santos Karine Enes Lucas Vinícius Mariliane Guimarães Setembro, 2014
2 Introdução Crescimento demográfico e a expansão industrial Consequências Contaminação Atmosfera Solo Recursos hídricos Poluição ambiental Mau uso dos recursos naturais Ineficiência da legislação Falta de consciência ambiental
3 Introdução Atualmente tem havido uma maior conscientização quanto à deterioração do meio ambiente. Remoção de poluentes orgânicos tem sido um grande desafio. Meta Diminuir o impacto ambiental referente as descargas de resíduos. Processos Oxidativos Avançados - POAs
4 Introdução Processos Oxidadtivos Avançados São baseados na geração de radicais livres, principalmente o radical hidroxila (. OH). Este radical possui alto poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes em poucos minutos.
5 Mineralização ( CO 2, H 2 O e ânions inorgânicos) Cinética de reação elevada Vantagens POA Tratamento in situ Geralmente não é necessário póstratamento Menor custo
6 Introdução Divisão dos processos oxidativos avançados: Sistemas Homogêneos Sistemas de Processos oxidativos Avançados Sistemas Heterogêneos
7 Processos Homogêneos Não existe a presença de catalisadores sólidos. Degradação matéria orgânica Fotólise direta (UV) Geração. OH A fotolíse direta possui uma eficiência baixa em comparação com processos gerando. OH H 2 O 2 /UV, O 3 /UV, H 2 O 2 /O 3 /UV
8 Processos Homogêneos Tabela 1: Sistemas homogêneos típicos de processos oxidativos avançados.
9 Sistema H 2 O 2 /UV Alto poder oxidante (E=1,77V) H 2 O 2 Tratamento de efluentes Segundo Huang e colaboradores, o mecanismo mais aceito para fotolíse de H 2 O 2 é o seguinte: H 2 O 2 hn 2. OH Lâmpadas de Hg : 254nm
10 Sistema H 2 O 2 /UV Aplicações: Pré-tratamento para biodegradabilidade surfactantes; Degradação de Corantes; Degradação éter metil terc-butil.
11 Sistema O 3 /UV Ozônio: Gás incolor de odor pungente e com alto poder de oxidação (E=2,08V); Se decompõe em espécies radicalares em solução aquosa. Neste sistema são gerados 3 processos de degradação: Fotolíse direta Ozonização direta Oxidação. OH hn 3O 3 + H 2 0 2. OH +4O 2
12 Sistema O 3 /UV APLICAÇÕES Degradação de micropoluentes em água potável Inativação de bactérias Degradação de corantes Degradação de herbicidas
13 Sistema foto-fenton Quando complexos de Fe 3+ são irradiados (UV), ocorre o promoção de um elétron de um orbital centrado no ligante para um orbital centrado do metal, que implica na redução Fe 3+. Fe 2+ na presença de peróxido de hidrogênio. hv Fe(OH) 2+ Fe 2+ +. OH Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH - +. OH Deve-se manter o ph entre 2,5 3,0.
14 Sistema foto-fenton Degradação de clorofenóis Aplicações Oxidação de resíduos e lixiviação de aterros Degradação de corantes
15 Processos Heterogêneos Processos que contam com a presença de catalisadores sólidos. Se diferenciam dos homogêneos devido a presença dos catalisadores semicondutores. Substâncias que aumentam a velocidade da reação; São utilizados para se atingir o equilíbrio químico sem sofrer alteração química. Reações catalíticas.
16 Processos Heterogêneos Figura 1: Representação esquemática de condutores, semicondutores e isolantes.
17 Processos heterogêneos Catalisadores semicondutores estudados: ZnO, Fe₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, ZnS, CdS, entre outros. TiO₂
18 TiO 2 o Fotocatalisador mais ativo. O mais utilizados na degradação de compostos orgânicos presentes em águas e efluentes.
19 Processos Heterogêneos Tabela 2: Sistemas heterogêneos típicos de processos oxidativos avançados. A utilização de radiação UV aumenta a eficiência.
20 Fotoativação do TiO 2 Envolve a ativação do semicondutor (TiO2) por luz solar ou artificial. Figura 2: Fotoativação do catalisador.
21 Fotocatálise heterogênea com TiO 2 Segundo Chamarro et. al., os radicais hidroxila são apontados como as espécies reativas envolvidas na reação de degradação fotocatalítica. Espécies altamente oxidantes; Vida curta; Capazes de oxidar inúmeros compostos orgânicos, mineralizando-os e transformando-os em CO 2, H 2 O e sais inorgânicos.
22 Fotocatálise heterogênea com TiO 2
23 Fotocatálise heterogênea com TiO 2
24 Vantagens : Baixo custo; Não toxicidade; Insolubilidade em água; Estabilidade química em uma ampla faixa de ph; Possibilidade de imobilização em sólidos; Possibilidade de reutilização.
25 Aplicações Canela (1999): Destruição de compostos orgânicos em fase gasosa; Ziolli (1999): Aplicação em efluente líquidos utilizando luz solar; Donaire (2001): Destruição de microorganismos patogênicos.
26 Conclusões Aumento da poluição do mundo moderno Aumento da complexidade e dificuldade na remediação Busca de novas metodologias. Escolhas apropriadas para os problemas específicos de tratamento.
27 Conclusões POAs: Conjunto de tecnologias promissoras para o tratamento de contaminantes persistentes e tóxicos; Alternativas para o tratamento de resíduos; Aumento do uso. Utilização: Água e efluentes; Remediação de solos e águas subterrâneas; Remoção de odores.
28 Conclusões Vantagens: Inespecificidade; Degrada poluentes cuja concentração seja muito baixa (μg.l -1 ); Não gera de resíduos. Desvantagens: Custos podem ser elevados; Formação de subprodutos de reação.
29 Referências Ciola, R. Fundamentos da catálise. 1ª edição, Editora da Universidade de São Paulo, 1981,p.377. Chamarro, E. et.al.; Use of Fenton reagent to improve organic chemical biodegradability. Wat. Res., v.35, nº 4, p.1047-1051, 2001. Núbia, B. N. et. al.; Processos oxidativos avançados e sua aplicação ambiental. Revista eletrônica de engenharia civil, nº 3, v. 1 p. 36-47, Goiás 2012. Teixeira, B. A. P. C. et. al.; Processos oxidativos avançados. V.3 p.83 Campinas, 2014.
30 Referências Canela, M.C et. al.; Identificação e destruição fotocatalítica em fase gasosa de compostos causadores de odor em efluentes. Campinas, 1999, p.138 ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999. Ziolli, R. L. et. al.; Fotodegradação da fração de petróleo solúvel em água de mar sob ação da luz solar. Campinas, 1999, p.89. ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999.
31 Referências Donaire, P. P. R. et.al.; Desinfecção de águas utilizando radiação ultravioleta e fotocatálise heterogênea. Campinas, 2001, p.130 ( Tese de Mestrado em saneamento e ambiente): Curso de Pós- Graduação em Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia Civil, UNICAMP, 2001. MELO, S. A. S. et al.; Degradação de fármacos residuais por processos oxidativos avançados. Química Nova. Vol.32, No 1, pag. 188-197, 2009. FIOREZE, M. et al.; Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Digital. Vol. 18, n. 1, pag. 79-91, 2014.
32 Referências KANG, J.W. et al.; Effect of ozonation for treatment of micropollutants present in driking water source. Wat.Sci. Tech, V.36, n.12, p 299-317, 1997. BENITEZ, F. J. et al.; Degradation by ozone and UV radiation of the herbicide cyanazine. Ozone ScI. Eng., v. 16, p. 213-234, 1994. NOGUEIRA,R.F.P et. al.; Fundamentos e aplicações ambientais dos processos Fenton e Foto-Fenton. Quimica Nova, v.30, n.2, 2007, São Paulo.
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