Fotocatalisadores para degradação de compostos tóxicos da indústria do petróleo e petroquímica

Abstract

O processamento e refino de petróleo contaminam efluentes com poluentes como os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), o benzeno, o tolueno, o etilbenzeno e o xileno (BTEX), compostos fenólicos (fenol e cresol), sulfurados (benzotiofeno e dibenzotiofeno) e nitrogenados (quinolina e indol). Embora os tratamentos biológicos sejam viáveis, sua eficácia é limitada, pois podem não degradar completamente compostos altamente tóxicos. Os processos oxidativos avançados (POAs) utilizam radicais oxidantes para degradar compostos tóxicos recalcitrantes. Fotocatalisadores como dióxido de titânio (TiO2) puro ou combinado com nitreto de carbono grafítico (g C3N4), hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4) e óxido de cobre (CuO), ativados por uma fonte de radiação, geram esses radicais na presença de oxigênio dissolvido na água. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar fotocatalisadores de materiais heteroestruturados g-C3N4/TiO2 (com 25% de g-C3N4), g-C3N4 e TiO2 P25 comercial para degradar a quinolina. Os catalisadores heteroestruturados foram preparados utilizando TiO2 P25 comercial e g-C3N4 obtido a partir da policondensação térmica da ureia. Os catalisadores foram caracterizados por análises termogravimética, textural e morfológica. O teste fotocatalítico foi a partir de uma solução 20 mg.L–1 de quinolina composto modelo e 0,5 g.L–1 de catalisador, sob radiação de luz solar artificial (UV-A, UV-B e visível) e lâmpada LED violeta (λ = 415 nm) por 90 min de reação. Foram coletadas alíquotas ao longo do tempo de reação para analisar o decaimento da concentração medida por CLAE. Os melhores resultados obtidos foram com TiO2 P25 e o 25% g-C3N4/TiO2, obtendo 97% e 93% de degradação da quinolina, respectivamente em 90 min sob lâmpada de luz policromática similar a radiação da luz solar. O compósito 25% g-C3N4/TiO2 apresentou estabilidade ao longo de seis ciclos, com degradação final de 85,7%. Os dados cinéticos se ajustaram adequadamente aos modelos de pseudo-primeira ordem (k= 0,0136 min–1) e de Langmuir-Hinshelwood (k= 0,002 mmol.L–1.min–1). A síntese do compósito foi eficiente na formação de heterojunção, apresentando melhor desempenho na fotodegradação da quinolina sob radiação policromática, aliado a uma boa estabilidade ao decorrer de múltiplos ciclos. Estes resultados destacam seu potencial para aplicações ambientais no tratamento de efluentes de indústrias de petróleo.