Degradação do corante azul de metileno através do processo Fenton utilizando um catalisador dopado com níquel

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Vieira, S.L. (UFLA) ; Mendes, M.D. (UFLA) ; Souza Andrada Anconi, A.C. (UFLA) ; Guerreiro, M.C. (UFLA)

Resumo

Atualmente, a humanidade tem se preocupado em conciliar o desenvolvimento econômico com a minimização dos impactos ambientais. Uma forma de atingir este objetivo é reduzir a emissão de efluentes em corpos hídricos. Merece atenção especial a indústria têxtil, por gerar resíduos com grande quantidade de corantes. Uma forma de tratar estes efluentes é através da degradação dos corantes utilizando os chamados Processos Oxidativos Avançados. Dentre estes processos, merece destaque a reação tipo Fenton, que utiliza peróxido de hidrogênio e Fe2+ com o objetivo de gerar o radical OH. Assim, neste trabalho testou-se esta reação utilizando como fonte de Fe (catalisador) um óxido de ferro dopado com níquel para aplicação na degradação do corante têxtil azul de metileno.

Palavras chaves

Fenton; Corante; Catalisador

Introdução

A mudança de visão acerca dos recursos hídricos mobilizou a sociedade científica, e foram descobertas diversas maneiras de tratar os resíduos líquidos. De maneira geral, pode-se dividir os tratamentos em físicos, químicos e biológicos. Entretanto, alguns resíduos industriais possuem compostos químicos com grande variedade de componentes, muitos deles de elevada complexidade. Exemplos dessas substâncias são os fármacos, corantes, amônia e outros. Para estes resíduos, muitas vezes os tratamentos biológicos e físicos não são suficientes. Nestes casos, uma solução seria a utilização de processos químicos, merecendo destaque os Processos Oxidativos Avançados. Estes utilizam oxidantes fortes para a mineralização de substâncias orgânicas de elevada complexidade, e vêm se destacando devido à sua eficiência e abrangência. De maneira resumida, os POAS podem ser definidos como processos de oxidação que geram radicais hidroxila (OH˙), que tem a capacidade de mineralizar substâncias orgânicas. Um exemplo de POA são as chamadas reações Fenton, que pode ser descrita resumidamente abaixo: Fe2+ + H2O2 +Fe3+ -> •OH + OH- Nestes trabalho, será aplicada esta reação para a degradação do corante têxtil azul de metileno. Como catalisador, será utilizado um óxido de ferro na forma Goethita dopado com níquel.

Material e métodos

Para a síntese do caltalisador utilizou-se o método clássico de precipitação proposto por Cornell e Schwertmann (2003) com modificações. Pesou-se 20 g de hidróxido de sódio . A base foi misturada a frio enquanto adicionou-se água, totalizando 100 mL de solução. Foram misturados 2,96 g de nitrato de níquel e 50 mL de álcool polivinílico (PVA), que foram dissolvidos em água na concentração de 1 mg L-1, além de 39,04 g de nitrato de ferro. A base foi gotejada na mistura sobre agitação magnética. Ao final da mistura, adicionou-se mais 40 mL de NaOH. O produto resultante foi levado à estufa, onde permaneceu a 60°C por 72 horas. Após este tempo, retirou-se o material, que passou por processos de neutralização e filtração. Posteriormente retornou a estufa com temperatura de 60 °C por um período de 48 horas. O óxido de ferro obtido foi triturado em um moinho de bolas e denominado GtNiPVA10. Para analisar qual a possível fase do catalisador formado, o material foi submetido a dois testes de caracterização, sendo eles: espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR) e difratometria de raios X (DRX). Para a cinética de degradação utilizou-se 10 mg do catalisador, em contato por 15 minutos, com 9,9 mL da solução do azul de metileno (50 mg L-1) e 0,1 mL de H2O2 (concentração de 50%). Esses materiais foram constantemente agitados magneticamente em centrífuga. O monitoramento da oxidação foi feito pelo equipamento UV-VIS (Shimadzu UV 1601 PC, θ= 665 nm) com leituras realizadas intervalos de tempo de 60 minutos. Para analisar o potencial de adsorção do catalisador foram realizados também testes de adsorção, utilizando-se a mesma quantidade de catalisador e de azul de metilenoe leituras no UV-VIS, sem utilizar o peróxido de hidrogênio.

Resultado e discussão

As caracterizações foram realizadas para o material GtNiPVA10 e goethita pura. O resultado da difratometria para amostra de goethita pura apresenta difrações características dessa fase de ferro, com reflexões centradas em 2θ = 21; 35; 53 e 60°, como descrito por Cornell e Schwertmann e apresentados pelo padrão JCPDS card number 1-401. Os resultados do material também apresentam reflexões com estes ângulos, como representado na Figura 1. Para a análise da espectrometria vibracional na região do infravermelho, a goethita pura apresentou uma vibração intensa em 3140 cm-1, que representa os O-H que constituem sua estrutura interna (α-FeOOH). Apresentou também as bandas em 890, 790 cm-1 e 625 cm-1, que são relacionadas às vibrações de deformação O-H e ao movimento Fe-O, que são características típicas do oxihidróxido de ferro. A degradação do corante azul de metileno foi analisada através da porcentagem descoloração deste. Comparou-se a degradação realizada com a goethita pura e o material GtNiPVA10, e observou-se que o material dopado removeu mais de 90% da cor em 5 horas, enquanto o material puro removeu apenas aproximadamente 30%, situação ilustrada graficamente abaixo (Figura 2).Também observou-se que o material não apresenta adsorção, visto que ao realizar o teste sem a presença de peróxido de hidrogênio, não houve descoloração do azul de metileno.

Figura 1

Caracterização por difratometria de raios-X

Figura 2

Descoloração por processo Fenton

Conclusões

A análise das caracterizações por difratometria de Rios-X e espectrometria vibracional na região do infravermelho mostram que o material sintetizado possui características que correspondem à fase goethita, entretanto, não é possível saber se o material é realmente um representante desse óxido, pois algumas bandas da análise FTIR não foram identificadas. Isto sugere também que o material interagiu com os elementos dopantes. Observou-se também que o material degradou o corante azul de metileno em quase 100%, porcentagem muito maior que a goethita pura, apresentando maior potencial de degradação.

Agradecimentos

Agradeço aos meus colegas de laboratório por toda ajuda, a UFLA por fornecer estrutura, a Capes e a Fapemig pelo apoio financeiro e ao meu orientador Guerreiro, por t