Estudo da fotodegradação de efluente de celulose e papel com fotocatalisadores sintetizados via precursores de TiO2

• Autor(a) principal: Pereira, Cíntia Andreia Alves
• Data de Publicação: 2016
• Outros Autores: Nava, Mariana Riboli
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15326
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA; Dióxido de titânio; Água - Poluição; Resíduos industriais - Tratamento; Catálise heterogênea; Titanium dioxide; Water - Pollution; Factory and trade waste - Treatment; Heterogeneous catalyses

Atualmente todos os efluentes devem ser tratados antes do descarte nos corpos receptores, porém muitos efluentes são resistentes aos tratamentos convencionais, havendo a necessidade de estudar e desenvolver tratamentos alternativos de baixo custo e de fácil implantação industrial. Uma indústria que se destaca por conter efluentes de difícil tratamento, é a de celulose e papel. A qual é importante para o desenvolvimento socioeconômico brasileiro, mas também é responsável por consumir grandes quantidades de água e gerar volumes expressivos de efluentes. Estas indústrias empregam tratamentos físico-químicos e biológicos, visando reduzir a coloração, turbidez entre outros fatores de seus efluentes, e algumas ainda empregam a ultrafiltração como polimento final, porém este método possui baixa eficácia e um alto custo. Com isso uma alternativa promissora seria os processos oxidativos avançados (POAs), em especial a fotocatálise heterogênea, uma ótima alternativa para degradar estes poluentes emergentes. O processo é embasado na ativação de um semicondutor por radiação com um comprimento de onda adequado. A energia fornecida em forma de fótons ao catalisador deve ser igual ou superior a energia do band gap, permitindo que ocorra uma transição eletrônica entre a banda de valência (BV) e a banda de condução (BC). Este mecanismo origina o par elétron-lacuna, sítios catiônicos e aniônicos (h+/e-) de alto poder redox que promovem a oxirredução da matéria orgânica via radicais hidroxila (HO ) formados durante a reação catalítica. Em condições especificas o poluente poderá ser mineralizado em gás carbônico (CO2), água e íons inorgânicos. O dióxido de titânio (TiO2) é o semicondutor mais utilizado nas reações fotocatalíticas, devido sua fotoestabilidade, baixo custo e não toxidade. Com isto, este trabalho teve como objetivo estudar diferentes rotas de sínteses a base de precursores de TiO2 (n-butóxido e tetraisopropóxido de TiO2), pelo método sol gel. Estes foram testados com relação a sua eficiência fotocatalítica em um efluente modelo de lignina (Lig) e efluente real coletado depois do decantador biológico (DPS) de uma indústria de celulose e papel na região norte do Paraná. Avaliou-se também a relação entre a metodologia empregada na síntese e a morfologia final do óxido. Realizou-se também estudos de dopagem com nitrato de prata (AgNO3) e peróxido de hidrogênio (H2O2) visando aumentar a eficácia do fotocatalisador. Os semicondutores obtidos foram caracterizados por difratometria de raio-x (DRX) e o semicondutor dopado foi caracterizado por análise térmica (TGA), difratometria de raios-x (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e ponto de carga zero (pHPCZ). A síntese empregando precursor n-butóxido de TiO2 originou três óxidos (óxi 1, 2 e 3), com fase cristalina (comparada com os padrões contidos no banco de dados PDF2.DAT) anatase e rutilo para os óxi 1 e 3, e fase anatase para o óxi 2 que se mostrou termodinamicamente mais estável a 500°C. O óxido sintetizado via precursor tetraisopropóxido TiO2 (O.S.) originou fases anatase e rutilo a 450°C. Para o óxido dopado (O.S. dopado) foi constatado que o teor de prata utilizado não influenciou na morfologia das partículas, mas aumentou a estabilidade térmica da fase anatase e a eficiência fotocatalítica como esperado. A eficiência fotocatalítica foi avaliada pela redução da demanda química de oxigênio (DQO), cor e fenólicos totais. Dentre os semicondutores sintetizados o óxi 2 reduziu a cor e fenólicos totais, o O.S. com e sem dopagem reduziu significativamente a DQO, a cor e parcialmente os fenólicos dos efluentes estudados.