Síntese e aplicação de óxidos de ferro como catalisadores para reação de Fenton Heterogêneo

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Santos, M.S. (UESB) ; Silva, M.B. (UESB) ; Santos, L.O. (UESB) ; de Souza, A.O. (UESB)

Resumo

A poluição dos recursos hídricos por corantes orgânicos, tem se constituído em um grave problema ambiental. O desenvolvimento de tecnologia adequada para o tratamento de efluentes contaminados por corantes tem sido objetivo de grande interesse por conta do aumento da rigidez da legislação ambiental. Os Processos Oxidativos Avançados (POA’s), são bastante utilizados nos tratamentos dos efluentes têxteis e dentro deste contexto o processo Fenton heterogêneo tem se destacado. Nesse contexto, a proposta do presente trabalho foi sintetizar óxidos de ferro, por diferentes rotas e avaliar o potencial dos materiais produzidos na degradação do azul de metileno em meio aquoso. Notou-se que todos os materiais foram capazes de degradar o corante e o desempeno foi dependente do método de preparação.

Palavras chaves

POA's; azocorantes; recursos hídricos

Introdução

Muitas indústrias, tais como as de tintas, têxtil, e alimentos usam corantes para tingir seus produtos e consomem um grande volume de água. Como resultado, é gerada uma quantidade considerável de água residual colorida. Nas indústrias, os corantes são largamente utilizados para conferir a cor de seus produtos (GEORGIOU et al., 2002). Do ponto de vista ambiental, a poluição de corpos hídricos por corantes sintéticos é um grande problema, uma vez que alguns corantes e seus produtos de degradação podem ser tóxicos e afetar as atividades de fotossíntese devido à redução da penetração da luz. Deste modo, métodos para remoção de cor de efluentes industriais têm recebido enorme atenção nos últimos anos. O desenvolvimento de tecnologia adequada para tratamento destes rejeitos tem sido objetivo de grande interesse devido ao aumento da rigidez das regulamentações ambientais. As principais técnicas disponíveis para descoloração das águas de rejeitos envolvem principalmente processos de adsorção, precipitação, degradação química, fotoquímica e biodegradação (HSUEH et al., 2006). Um método alternativo é o processo Fenton heterogêneo, que consiste na utilização de sólidos à base de óxido de ferro, que reage com o peróxido de hidrogênio, promovendo a degradação da matéria orgânica por oxidação. Diferentes tipos de materiais como zeólitas, argilas e sólidos à base de óxidos de ferro têm apresentado eficiência na remoção da cor de efluentes têxteis (BABUPONNUSAMI; MUTHUKUMAR, 2013). Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi sintetizar materiais alternativos à base de óxido de ferro mássico ou suportado para aplicação como catalisadores no processo de degradação do corante azul de metileno em meio aquoso por um mecanismo tipo Fenton heterogêneo.

Material e métodos

Foram sintetizadas duas séries de catalisadores constituídas por sólidos mássicos ou suportados. Os sólidos mássicos foram produzidos pelo método sol gel não hidrolítico, reagindo-se uma solução de cloreto de ferro com hidróxido de sódio. O gel produzido permaneceu no meio reacional por trinta minutos, foi isolado por decantação e lavado quatro vezes com água deionizada. O gel após a lavagem foi seco em estufa a 100ºC por 24 horas. O Gel seco foi dividido em três porções de mesma massa, cada porção foi calcinada em uma dada temperatura: 300, 500 e 600ºC. Os materiais suportados do tipo Fe2O3/Al2O3 foram produzidos com diferentes concentrações de óxido de ferro (5,10 e 15%) através da técnica de impregnação incipiente. Utilizou-se cloreto de ferro como fonte desse metal, após o processo de impregnação os materiais foram secos em estufa e calcinados em forno mufla por duas horas a 500 °C com taxa de aquecimento de 10°/minuto. Os sólidos foram caracterizados por difração de raios-X e avaliados na degradação do corante azul de metileno em meio aquoso por um mecanismo do tipo Fenton Heterogêneo.

Resultado e discussão

De acordo com os resultados de difração de raios X e através do cálculo das distâncias interplanares, bem como consulta às listas JCPDS foi identificada a fase hematita (α-Fe2O3) em todos os sólidos mássicos. Com relação aos sólidos suportados, notou-se a presença de reflexões referentes a γ-Al2O3 e reflexões da hematita (α- Fe2O3) indicando a coexistência de fases cristalinas características dos dois óxidos. Os resultados obtidos na remoção do corante azul de metileno em presença de peróxido de hidrogênio estão apresentados nas Figuras 1 e 2. Todas as amostras se mostraram eficientes, com destaque para a Amostra F600 que foi capaz de remover cerca de 85% do corante. Em todas as amostras observou-se que até os primeiros 120 min de experimento a remoção se mostrou lenta, em decorrência da presença de espécies Fe3+, pouco ativa na reação. As mesmas ao reagir com as moléculas de peróxido de hidrogênio (Equação 1) são reduzidas a íons ferrosos, que são ativas na reação. Também os radicais hidroperoxil (HOO•) podem reduzir os íons férricos e assim promover a formação de mais espécies ativas no meio (Equação 2). Então, após os 120 min de experimento se observou uma elevação significativa na velocidade de remoção do corante azul de metileno. Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HOO• + H+ (1) Fe3+ + HOO• → Fe2+ + O2 + H+ (2)

F300: Temperatura de síntese 300 °C F500: Temperatura de síntese 500 °C F600: Temperatura de síntese 600 °C


FA5: Teor de ferro 5% FA10: Teor de ferro 10% FA15: Teor de ferro 15%

Conclusões

Foi possível produzir novos materiais do tipo óxido de ferro mássico ou suportado em gama alumina. Todos os sólidos foram ativos frente à reação de degradação do corante azul de metileno e exibiram capacidade de remoção em torno 85,38% para os catalisadores mássicos e 32,86% para os catalisadores suportados. Os sólidos mássicos exibiram bons desempenhos e podem vir a se constituir em catalisadores alternativos para aplicação na reação de Fenton Heterogêneo.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq, à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB).

Referências

BABUPONNUSAMI, ARJUNAN; MUTHUKUMAR, KARUPPAN. A review on Fenton and improvements to the Fenton process for wastewater treatment. Journal of Environmental Chemical Engineering 1, p. 557-572. 2013.

Georgiou, D., Melidis, P., Aivasidis, A., Gimouhopoulos, K. (2002). Degradation of azo-reactive dyes by ultraviolet radiation in the presence of hydrogen peroxide. Dyes and Pigments 52 (2002) 69-78.

HSUEH, C.L.; HUANG Y.H.; CHEN; C.Y. Novel activated alumina-supported iron oxide-composite as a heterogeneouscatalyst for photooxidative degradation of reactive black 5. Journal of Hazardous Materials B129, p. 228–233. 2006.