Processos Oxidativos Avançados (POA) petiano: José Roberto Ambrósio Júnior.
Transcript of Processos Oxidativos Avançados (POA) petiano: José Roberto Ambrósio Júnior.
Processos Oxidativos
Avançados (POA)
petiano: José Roberto Ambrósio Júnior
2
Introdução
• A Revolução Industrial ocasionou aumento na geração de resíduos;
• Estes foram lançados sem preocupação por muitos anos:– Na atmosfera;– No solo;– Na água.
3
Introdução
• Atualmente, está havendo maior conscientização dos riscos iminentes à saúde humana.
• Necessidade da conservação dos recursos naturais.
• Estão sendo adotadas novas normas e legislações.
4
Introdução
• Diminuir o impacto ambiental da descarga de resíduos;
• Adaptar e otimizar os processos de produção industrial;
• Utilizar processos de tratamentos já desenvolvidos;– Adsorção em carvão ativado;– Air-stripping;– Oxidação biológica;– Incineração.
5
Introdução
• Ou desenvolver novos processos.– Processos Oxidativos Avançados.
• Oxidar compostos orgânicos complexos a moléculas simples, ou até mesmo mineralizá-las.
• Baseado na geração de radical hidroxila (OH.), altamente oxidante e não seletiva.
22 COOHorgânicocomposto
6
POA
• São classificados em:Sistema Com irradiação Sem irradiação
Homogêneo
O3/H2O2/UV
O3/UV
H2O2/UV
Fe(II)/H2O2/UV
O3/H2O2
Fe(II)/H2O2
Heterogêneo semicondutor/UV
semicondutor/H2O2/UV
7
Homogêneos
• Fotólise de peróxido de hidrogênio (H2O2/UV);
• Ozonização (O3/H2O2;O3/UV;O3/H2O2/UV);
.22 2 HOOH h
.22
22223
2HOOH
OOHOHOh
h
8
Homogêneos
• Processo Fenton (Fe2+/H2O2; Fe2+/H2O2/UV):
• O potencial de tratamento de efluentes só foi considerado nos últimos anos.
• Destrói várias classes de compostos:– Fenóis, clorofenóis, álcoois, aromáticos,
corantes entre outras.
..322
2 HOHOFeOHFe
9
Heterogêneos
• Fotocatálise heterogênea (semicondutor/UV; semicondutor/H2O2/UV).
• Princípio:– Ativação de um semicondutor por luz solar ou
artificial.
• Semicondutor é caracterizado por bandas de valência (BV) e por bandas de condução (BC) sendo a região entre elas chamada de bandgap.
10
Fotocatálise Heterogênea
• Semicondutores:– Dióxido de Titânio (TiO2);
– Sulfeto de Cádmio (CdS);– Óxido de Zinco (ZnO);
– Trióxido de Tungstênio (WO3);
– Sulfeto de Zinco (ZnS);
– Trióxido de Ferro (Fe2O3).
11
Diferença em condutor, semicondutor e isolante
Figura 1: Orbitais moleculares de compostos condutores, semicondutores e isolantes.
BV BV BV
BC
BC
BC
12
Fotocatálise Heterogênea
Figura 2: Esquema representativo da partícula de um semicondutor.
13
Dióxido de Titânio (TiO2)
• Não tóxico;
• Fotoestável;
• Apresenta estabilidade química.
• Formas alotrópicas:– Anatase;– Rutilo;– Brookite.
14
Dióxido de Titânio (TiO2)
• Área Superficial:– Em torno de 50 m2g-1.
• Tamanho das partículas:– Aproximadamente 100 nm.
• Forma imobilizada:– Placa de vidro;– Esferas de sílica (SiO2).
15
Fotocatálise Heterogêneapor TiO2
• Vantagens em relação ao processo Fenton:– Além de oxidar contaminantes orgânicos
podem ser oxidados compostos inorgânicos como HCN e H2S;
– Ser utlizada em fase gasosa;– Atividade bactericida;– Reduzir metais para estados de oxidação menos
tóxicos.
16
Fotocatálise Heterogêneapor TiO2
• Desvantagens em relação ao processo Fenton:– Absorve de 3 a 4% do espectro solar, enquanto
que o processo Fenton absorve aproximadamente 18%.
17
Aplicações da fotocatálise heterogênea
• Desodorização de ambientes através da utilização de filtros impregnados com TiO2;
• Tintas fotocatalíticas para revestimentos anti-bactericidas e auto-limpantes de paredes de centro cirúrgicos;
• Vidros e espelhos anti-embassantes;• Vidros auto-limpantes para iluminação de
túneis.
18
Aplicação: Redução de Crômio (VI)• Tóxico para muitos organismos (Conc. >
0,05 ppm) ;
• Carcinogênico para animais;
• Cause irritação e corrosão da pele humana;
• Mutagênico;
• Por ser fracamente sorvido em superfícies inorgânicas, é muito móvel na natureza.
19
Redução de Cr (VI)
• É 100 vezes mais tóxico do que o Cr (III);• Solúvel em toda a faixa de pH, enquanto
que o Cr (III) é precipitado em pH básico como Cr(OH)3;
• Métodos convencionais de tratamento:– Redução química;– Adsorção em carvão ativado;– Redução bacteriana.
20
Redução de Cr (VI)
• A concentração de Cr (VI) é determinada espectrofotometricamente pelo método da difenilcarbazida;– Formação de complexo violeta com Cr (VI);– Solução incolor com Cr (III).
2232
72 384162 OOHCrHOCr
21
Redução de Cr (VI)
Figura 3: Esquema representativo da partícula de um semicondutor reduzindo crômio hexavalente e oxidando
compostos orgânicos.
22
Bibliografia
• Nogueira, R. F. P., Guimarães, J. R.. Processos oxidativos avançados: uma alternativa para o tratamento de efluentes. Eng. Sanitária e Ambiental, v.3, n. 3, p. 97-100, 1998.
• Nogueira, R. F. P., Jardim, W. F.. A FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA E A SUA APLICAÇÃO AMBIENTAL. Química Nova, v. 1, n. 21, p. 69-72, 1998.
• Prairie, M. R., Evans, L. R., Stange, B. M., Martinez, S. L.. Na Investigation of TiO2 Photocatalysis for the Treatment of Water Contaminated with Metals ans Organic Chemicals. Environ. Sci. Technol., v. 27, n. 9, p. 1776-1782, 1993.
23
Bibliografia
• Giménez, J., Aguado, M. A., Cervera-March, S.. Photocatalytic reduction of chromium (VI) with titania powders in a flow system. Kinetics and catalyst activity. J. Molec. Catal. A: Chem. n. 105, p. 67-78, 1996.
• Nogueira, R. F. P., Alberici, R. M., Jardim, W. F.. Heterogeneous photocatalysis: An energing technology for remediation of VOC contaminated environments. Ciência e Cultura J. Braz. Assoc. Advanc. Sci., v. 49 (1/2), 1997.
• Khalil, L. B., Mourad, W. E., Rophael, M. W.. Photocatalytic reduction of environmental pollutant Cr (VI) over some semiconductors under UV/visible light illumination. Appl. Catal. B: Environ., n. 17, p. 267-273, 1998.