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PROCESSOS OXIDATIVOS
AVANÇADOS
Disciplina de Química Ambiental
Alunos: Hugo Camarano, Nathalia Campos,
Pâmela Souza.
Professor: Rafael Arromba
Estagiário: Felipe Reis
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INTRODUÇÃO
2
➢O descarte inapropriado
de efluentes industriais e
águas residuais no meio
ambiente causa
preocupação pública.
➢Tal problema configura
um importante desafio
para a comunidade
científica envolvida na
resolução de problemas
ambientais.
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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Os resíduos produzidos pela industria podem ser
orgânicos ou inorgânicos e ainda podem conter
poluentes tóxicos e resistentes aos sistemas
convencionais de tratamentos (FLORÊNCIO, 2014).
Diversos órgãos de vários
países e organizações
internacionais, têm se
dedicado à solucionar esses
problemas!!! 3
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Organização Mundial da Saúde (OMS)
•Em 2006 apresentou
novas diretrizes
sanitárias voltadas
para o reuso de águas
residuárias.
Agência de proteção ao Meio Ambiente da
União Européia (EPA)
•Define o termo BestAvailable Techniques(BAT – MelhoresTécnicas Disponíveis)para o tratamento deefluentes, entre osquais abre-se espaçopara EmergingTechniques (TécnicasEmergentes), ou seja,técnicas inovadorasnão convencionais.
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Nas últimas décadas os Processos Oxidativos Avançados
(POAs) têm se destacado na pesquisa e
desenvolvimento de tecnologias de tratamento de
águas residuais, por se tratar de métodos eficientes.
5
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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6
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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Segundo (Pignatello et al. ,2006), os POAs:
“Caracterizam-se por transformar, parcial ou
totalmente, os poluentes em espécies mais simples como
dióxido de carbono, água, ânions inorgânicos ou
substâncias menos tóxicas e de fácil degradação por
tecnologias comuns.”
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8
VANTAGENS
Condições operacionais de temperatura e pressão ambiente
Combinação com outros processos, o que reduz o custo do tratamento
DESVANTAGENS
Alto custo da fonte de radiação UV, implicando uso de energia elétrica e custo de manuntençao
Alto custo do agente oxidante
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POAsQuímicos
Fotoquímicos
Sonoquímicos
Eletroquímicos
Sono eletroquímicos
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POAS QUÍMICOS
Reação de Feton
10
Decomposição
de H2O2
Na presença de Fe2+
e Fe3+ em meio
ácido
OH
Espécie oxidante
capaz de degradar
ou destruir uma
variedade de
poluentes
orgânicos.
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POAS QUÍMICOS
Vantagens Desvantagens
✓ Operação simples e flexível; Pode não alcançar a
mineralização total dos poluentes
orgânicos;
✓ Facilidade de manuseio; Pode apresentar riscos devido ao
transporte e armazenamento de
H2O2;
✓ Uso de produtos químicos de
baixo custo;
Necessidade de grandes
quantidades de produtos químicos
para manter o pH ótimo da
reação (próximo a 3).
✓ Ausência de entrada de energia.
11
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient. Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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POAS FOTOQUÍMICOS
É possível desinfetar águas e destruir grande parte dos
poluentes, onde esses processos agem através de três
reações principais:
12
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
1) Oxidação por ação direta de H2O2 e O3.
2 ) Foto-decomposição, baseada na radiação UV, excitação
e degradação de moléculas de poluentes.
3 ) Oxidação por fotocatálise com TiO2 levando à formação
de radicais hidroxila.
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1) OXIDAÇÃO POR AÇÃO DIRETA DE
H2O2 E O3
13
H2O2 O3
Radicais OH.
Potencial de Oxidação
1,8V
Decompõe em O2 e O.
Potencial de Oxidação
2,08V
TEIXEIRA C. P. A. B.; JARDIM W. F. Processos Oxidativos avançados – Conceitos teóricos. Campinas, 2004
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2) FOTO-DECOMPOSIÇÃO
Luz Fonte que destrói o poluente.
14
TEIXEIRA C. P. A. B.; JARDIM W. F. Processos Oxidativos avançados – Conceitos teóricos. Campinas, 2004
Solução
Utilizado em processos de forma conjunta com
H2O2 e O3
Desvantagem
Possui eficiência menor, quando comparado ao
processo que geram hidroxilas.
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2.1 – FOTÓLISE DO PERÓXIDO DE
HIDROGÊNIO (H2O2/UV)
Degradação de compostos orgânicos tóxicos.
15
• HOhvOH 222
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
200 a 300nm
Ligação O-O quebrada
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2.1 – H2O2/UV
16
Vantagens Desvantagens
✓ Solubilidade do H2O2 em água;
✓ O reagente se decompõe em água
e oxigênio.
✓ Geração de dois radicais HO∙ por
molécula de H2O2 fotolisada;
✓ Estabilidade térmica;
✓ Procedimentos de operações
simples;
✓ Inexistência de problemas de
transferência de massa.
Custo do processo;
H2O2 funciona como um
“capturador” de radicais
hidroxil;
Taxa de oxidação química do
poluente é limitada pela taxa de
formação dos radicais hidroxil;
Fatores como turbidez, presença
de outras substâncias que
absorvam a radiação podem
interferir na eficiência do
processo, exigindo então um pré
tratamento;
Formação de precipitados que se
depositem na fonte de radiação
também diminuem a eficiência
do processo.
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014 / https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
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2.2 – FOTÓLISE COM OZÔNIO (O3/UV).
Radicais hidroxilas produzidos direta e
indiretamente.
17
•
•
HOHOOOHO
HOhvOHO
OHOhvOHO
2
2
2323
222
22223
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
200 a 360nm
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2.2 – O3/UV
18
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
Vantagens Desvantagens
✓Hidroxilas produzidas direta
e indiretamente
aumentando então a
degradação da matéria
orgânica;
✓ Alto potencial de redução;
✓ Baixas concentrações de
Ozônio são suficiente;
✓ Ampla faixa de pH de
operação;
✓ Pode ser usado para
efluentes coloridos contendo
partículas em suspensão,
pois o Ozônio absorve
radiação facilmente.
Baixa solubilidade do O3 em
água;
Alta reatividade e baixa
seletividade;
Alto custo;
O Ozônio deve ser gerado in
situ.
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2.3 – FOTÓLISE COM OZÔNIO E PEROXIDO DE
HIDROGÊNIO (O3/H2O2/UV).
A adição de H2O2 ao processo O3/UV, ocasiona um
aumento significativo na taxa de geração de
radicais hidroxilas.
19
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
Vantagem
Acelerar a degradação de poluentes.
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2.4 – PROCESSO FOTO-FENTON
(H2O2/FE2+/ UV).
20
• 23
22 FeOHHhvFeOH
Reação de Fenton
Ocorre a decomposição direta do H2O2, assim
como no Processo H2O2/UV.
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
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2.4 - H2O2/FE2+/ UV
21
Vantagens Desvantagens
✓Reação ocorre em
temperatura e pressão
ambientes;
✓Aplicado em uma
variedade de compostos;
✓Ferro é um elemento
abundante.
pH do meio deve estar
entre 2,5 e 3,0 para se
obter o máximo de
eficiência de degradação.
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
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3 ) FOTOCATÁLISE COM TIO2/UV
22
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
)( _
22 VBCB heTiOhvTiO
Uma espécie
semicondutora é
irradiada para a
promoção de um
elétron da banda de
valência (VB) para a
banda de condução
(CB).
Com o elétron
promovido para a
CB e com a
lacuna (h+)
gerada na VB,
são criados sítios
redutores e
oxidantes.
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3) TIO2/UV
Os potenciais adquiridos são suficientes para
gerar radicais ∙OH a partir de moléculas de água
absorvidas na superfície do semicondutor.
Os quais podem subsequentemente oxidar o
contaminante orgânico.
23
• HHOOHh 2
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
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3) TIO2/UV
24
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
Vantagens Desvantagens
✓Diminui o consumo de
energia elétrica;
✓Aumenta as taxas de
reação;
✓Absorve radiação no
comprimento de onda
da radiação solar.
Possibilidade de
formação de
intermediários mais
tóxicos que os
contaminantes
originais.
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POAS SONOQUÍMICOS
As técnicas de oxidação sonoquímicas são baseadas na
utilização de radiação ultrassônica (US) a fim de criar
um ambiente oxidativo (Sathishkumar et al., 2016).
A sonólise é um processo que abrange a formação,
crescimento e o colapso implosivo de bolhas em um
liquido.25
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POAS SONOQUÍMICOSFIGURA 1: Esquema da sonólise, da formação até o
colapso implosivo
26
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POAS SONOQUÍMICOS
Nesse sentido, a sonólise ocorre com as moléculas de
água gerando radicais livres muito reativos capazes de
reagir com as espécies químicas orgânicas no meio:
27
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POAS ELETROQUÍMICOS
Técnicas baseadas na transferência de elétrons.
Produção in situ do radical hidroxila.
A degradação de um poluente pode ocorrer:
28
Diretamente (Processo de
Oxidação Anódica)Indiretamente (Processo de
eletro-Fenton)
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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POAS ELETROQUÍMICOS
Oxidação anódica (OA):
29
Reações de
oxidação e
redução
ocorrem na
superfície do
eletrodos.
OH
Formados na
superfície do
ânodo por
oxidação das
moléculas de
água.
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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POAS ELETROQUÍMICOS
Eletro-Fenton (EF):
30
Formação de um
agente oxidante
in situ que pode
migrar da
superfície do
eletrodo e reagir
no seio da
solução.
OH
Gerados na reação de
Fenton
eletroquimicamente
assistida através do
reagente de Fenton
(mistura de H2O2 e íons
ferrosos) em meio
homogêneo.
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient. Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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POAS ELETROQUÍMICOS
Vantagens Desvantagens
✓ Produção in situ de H2O2 (evitando
riscos com manuseio, armazenamento e
transporte);
Alto consumo energético;
✓ Regeneração contínua de Fe2+ no cátodo
(maior taxa de remoção de poluentes
orgânicos);
Podem necessitar de grande
tempo de retenção;
✓ Possibilidade de mineralização total a
custo relativamente baixo (otimizando
os parâmetros de operação);
Custo elevado quando
comparado, por exemplo, aos
processos biológicos;
✓ Rápida
degradação dos
poluentes
orgânicos
(evitando a
formação de
novas espécies
tóxicas);
✓ Não possui
necessidade de
adição de reagentes
químicos ou
grandes
quantidades de
catalisador.
Formação de subprodutos de
reação.
31
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CONCLUSÕES
POAs Fotoquímicos demonstraram ser tecnologias
mais eficazes que os POAs químicos;
Os eletroquímicos mostraram ser vantajosos devido à
capacidade de minimizar ou eliminar o uso de
reagentes químicos;
A combinação de vários POAs torna-se mais adequada
para a degradação/destruição de espécies tóxicas e/ou
recalcitrantes;
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CONCLUSÕES
POAs tornam-se aplicáveis para aumento de
escala mediante a otimização dos fatores de
eficácia;
Torna-se necessário realizar mais pesquisas a
respeito dos pontos negativos dos POAs em nível
industrial a fim de solucionar as limitações e
restrições existentes, promovendo a efetivação do
emprego dessas tecnologias no tratamento de
águas residuais e efluentes industriais.
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OBRIGADO!!!!