Aplicação de um fotorreator estruturado de malhas de latão para degradação do corante têxtil Reactive Black 5

Abstract

A fotocatálise heterogênea é uma alternativa sustentável aos métodos convencionais para tratamento de efluente. Nesta técnica utiliza-se semicondutores que podem ser ativados a partir da radiação solar, formando radicais oxidantes que reagem com os poluentes. Geralmente, estes semicondutores encontram-se suspensos no meio reacional, sendo necessárias etapas adicionais para recupera-los. Uma saída para contornar este inconveniente, é a imobilização destes semicondutores sobre um substrato. Neste trabalho foi usado o latão, uma liga de Zn e Cu de baixo custo, que pode ser calcinada a altas temperaturas. Entretanto, a imobilização do catalisador diminui sua área de contato, reduzindo assim a eficiência do processo. Para solucionar este problema, podem ser utilizados sistemas estruturados, que possuem alta relação superfície/volume. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um reator fotocatalítico estruturado do tipo monólito de latão para degradação fotocatalítica de corantes têxteis. Inicialmente, os semicondutores, TiO2 e ZnO, foram imobilizados pela técnica de washcoating sobre as malhas de latão calcinadas e avaliados na fotodegradação do corante Reactive Black 5 (RB5) em um reator tipo batelada, em que foram analisadas as variáveis: abertura da malha de latão (M80 e M40); fotocatalisador depositado (ZnO e TiO2) e massa imobilizada (1 e 2 mg.cm- 2). Os resultados preliminares indicaram como melhores condições para a construção dos monólitos uma malha M80 recoberta com 2 g.cm-2 de TiO2. Os fotocatalisadores foram caracterizados pela técnica de difração de raios X (DRX), pela qual foi possível verificar a presença de óxidos de zinco e cobre na superfície do latão calcinado, além de picos característicos do ZnO e TiO2 nas malhas recobertas. O perfil hidrodinâmico do fotorreator monolítico apontou uma diminuição no número de Peclet com o aumento da vazão de reciclo. O baixo número de Reynolds indicou um escoamento laminar nos canais dos monólitos. A eficiência fotocatalítica dos monólitos de latão foi testada frente a degradação do RB5 no reator com reciclo, sendo observados os efeitos: da vazão de reciclo (1, 2 e 3 L.h-1), do pH do meio (4, 7 e 9), da concentração inicial do corante (10, 25 e 40 mg.L-1) e da fonte de radiação (artificial e solar). A vazão de 2 L.h -1 apresentou uma redução levemente maior dos picos característicos do RB5 no espectro de ultravioleta-visível (UV-Vis). O estudo do pH revelou uma alta adsorção na superfície dos monólitos em pH 7 e 4, enquanto em pH 9 este efeito foi desprezível. Neste último, foi obtida uma degradação de 97,6%. Mesmo com o aumento da concentração para 40mg.L-1obteve-se uma degradação do RB5 de 63,8%. O uso da radiação solar proporcionou uma eficiência fotocatalítica de 67,5%. Os dados experimentais ajustaram-se bem ao modelo cinético de pseudo primeira ordem de Langmuir-Hinshelwood com R2 superiores a 0,96. Os monólitos apresentaram boa estabilidade após 5 ciclos consecutivos da reação fotocatalítica. Os testes de toxicidade mostraram a ausência de intermediários tóxicos após a fotodegradação. Diante dos resultados, os monólitos de malha de latão apresentaram-se como sistemas eficientes na degradação do RB5, sendo uma alternativa promissora para o tratamento de efluentes têxteis.