Emprego de compostos ternários à base de ZnO, g-C3N4 e xerogel de Carbono Sobre Estruturas de Latão para Degradação de Efluente Têxtil

Abstract

A fotocatálise heterogênea é uma alternativa para o tratamento de poluentes orgânicos. Porém, existem desafios quanto à obtenção de semicondutores eficientes sob radiação solar natural. Além disso, em muitos processos, os fotocatalisadores encontram-se suspensos na solução, exigindo etapas adicionais para recuperá-los. Diante disso, este trabalho propôs o desenvolvimento de fotorreatores constituídos de sistemas monolíticos de latão recobertos com um composto ternário de óxido de zinco (ZnO), nitreto de carbono grafítico (NC) e xerogel de carbono (XC), utilizados na degradação da mistura dos corantes têxteis: preto reativo 5 (RB5), preto direto 22 (PD22) e vermelho direto 83 (VD83). As caracterizações revelaram que o compósito ternário (XC/NC/ZnO) apresentou melhores propriedades estruturais e fotocatalíticas em relação ao ZnO. Isto resultou em sua alta eficiência de degradação sob radiação solar artificial (97,5%) e visível (68,5%) em reator do tipo batelada. Análises realizadas com sequestrantes indicaram que o radical superóxido é a principal espécie reativa no processo. As estruturas monolíticas foram construídas com diferentes aberturas de canais (R1-R4), utilizando como substrato chapa e malhas latão, e apresentaram áreas superficiais de 273 a 1004 cm². Os estudos hidrodinâmicos confirmaram o escoamento laminar nos canais dos monólitos. Com a técnica de washcoating foram obtidos filmes homogêneos e estáveis, com aderências acima de 87%. A eficiência fotocatalítica das estruturas foi avaliada sob diversas condições experimentais: vazão de reciclo (2, 4 e 6 L.h-1), pH do meio (4, 7 e 10), massa de catalisador imobilizada (1, 2 e 3 mg.cm-2), altura do monólito (1,5; 3,0 e 4,5 cm), tipo de radiação (solar artificial, solar natural e visível), abertura dos canais (R1, R2, R3 e R4), tipo de substrato (chapa e malha) e abertura das malhas (M40, M60 e M80). Uma degradação superior a 99% foi obtida com um monólito de 3 cm de altura, com canais R4 em pH 4, vazão de 4L.h-1 e relação mássica de catalisador de 2 mg. cm-2, sob radiação solar artificial. Sob radiação solar natural e visível, nestas condições, foram obtidas degradações de 74,5% e 77,5%, respectivamente. Modificações nas estruturas aumentaram a eficiência sob radiação visível, alcançando degradações de 96,4% e 97,8% com os monólitos A30-R2 e M80-R3, respectivamente. Os monólitos mantiveram a eficiência após 5 ciclos consecutivos. Diante dos resultados obtidos, os sistemas monolíticos apresentaram alta eficiência e reusabilidade, sendo uma alternativa promissora para tratamento de efluentes têxteis.