Degradação de corantes alimentícios utilizando processos fotocatalíticos

Abstract

As indústrias alimentícias, a partir dos seus processos produtivos, geram um elevado volume de água residual, contendo diferentes produtos químicos, dentre estes, os corantes. Assim, o efluente industrial para ser descartado em corpos receptores ou ser reutilizado pela própria indústria deve passar por processos de tratamento que sejam capazes de remover ou degradar estes compostos. O objetivo deste trabalho foi degradar os corantes vermelho bordeaux (VB) e amarelo tartrazina (AT), utilizados na indústria alimentícia, por processos oxidativos avançados. Esse trabalho foi realizado em duas etapas, a primeira sintetizando catalisadores de dióxidos de titânio (TiO₂) dopado com carbono (C) e nitrogênio (N) pelo método solvatermal. Os catalisadores sintetizados (C/N/TiO₂, C/N/TiO₂-350-O₂, e C/N/TiO₂- 800-N₂) foram comparados com TiO₂ P25 e utilizados na degradação dos corantes separadamente. Na segunda etapa, o TiO₂ P25 foi suportado em politereftalato de etileno (PET) e em uma malha de alumínio construída com lacres de lata pós-consumo que foram utilizados no processo de fotocatálise para degradação da mistura de corantes AT e VB. A malha de alumínio passou por três processos de tratamento (acidificação (ac); calcinação (cal) e ac+cal) antes da impregnação do TiO₂, a fim de avaliar o melhor processo. Foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier para caracterizar os catalisadores sintetizados e TiO₂ nos suportes. Dentre os catalisadores sintetizados o C/N/TiO₂-350-O₂ apresentou maior atividade fotocatalítica, degradando 100% do corante VB e 82,71%, do AT, em 300 min de tratamento com radiação sunlight. O modelo de pseudo-primeira ordem apresentou bom ajuste aos dados cinéticos com coeficiente de regressão linear de 0,99. Na segunda etapa deste trabalho, para os sistemas TiO₂ imobilizado no PET (TiO₂Sup) e na malha de alumínio, as condições operacionais foram definidas através de planejamento fatorial 2ᵏ. Para os sistemas UVC/H2O2/TiO₂Sup e solar/H₂O₂/TiO₂Sup as degradações das misturas dos corantes foram de 99,47% e 99,14%, respectivamente, em 180 min. Em relação aos sistemas UVC/H2O2/TiO₂Sup.ac+cal e solar/H2O₂/TiO₂Sup.ac+cal as degradações foram de 94,96% e 68,69%, respectivamente, no tempo de 120 min. O modelo de pseudo-primeira ordem apresentou bom ajuste com coeficientes de correlação linear superiores a 0,99 para os quatro sistemas. Após os experimentos, verificou-se que TiO₂Sup e TiO₂Sup.ac+cal permaneceram com degradação superior a 98%, mesmo após o reuso de 5 ciclos, indicando a estabilidade do fotocatalisador nos suportes. Na determinação das propriedades físico-químicas da mistura de corantes, antes e após o tratamento para os quatro sistemas pôde-se observar uma diminuição, aproximadamente, de 98% teor de carbono orgânico total, 95% de cor aparente e 99% de turbidez. Em relação ao bioensaio de fitotoxicidade com Lactuca sativa, o resultado, para os quatro tratamentos, apresentou uma baixa toxicidade, indicando a eficiência dos processos. Os sistemas que utilizaram TiO₂ suportado apresentaram maior eficiência de degradação dentre os POA avaliados. Desta forma, pode-se concluir que o método de impregnação do TiO₂ em ambos suportes foi eficiente para degradar a mistura de corantes AT e VB. Além disso, o sinergismo entre H₂O₂ e TiO₂ contribuiu para aumentar a eficácia dos processos.