Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: FOTODEGRADAÇÃO CATALÍTICA DE SOLUÇÃO VERDE MALAQUITA EM REATOR PILOTO DESCONTÍNUO DE ESCOAMENTO PISTONADO
AUTORES: Barros, K. (IFG) ; Ottoboni, L. (IFG) ; Natal, B. (IFG) ; Xavier, M. (IFG) ; Baleeiro, F. (IFG)
RESUMO: O corante verde malaquita (VM) ou verde básico 4, é um trifenilmetano e
representa a categoria dos corantes básicos, ou seja, um catiônico, e
apresenta uma coloração verde azulada. Estudos mostraram que o mesmo pode
causar confusão mental, é prejudicial aos seres humanos e aos animais devido à
sua genotoxicidade e propriedades cancerígenas. Neste contexto, estudou-se a
fotodegradação do VM em reator pistonado, na presença e ausência de
catalisadores, TiO2 e catalisador de sílica coberto com polipirrol, Paládio e
Cobre (Pd5Cu2SiO210PPy) modelando-se a equação cinética da reação.
PALAVRAS CHAVES: Fotocatalise; Verde Malaquita; Reator pistonado
INTRODUÇÃO: O Verde Malaquita é comumente utilizado como antiséptico tópico e como
corante bacteriológico. Em soluções aquosas apresenta uma coloração verde
azulada com uma absorção máxima de radiação eletromagnética em 616,9 nm. Em
pH extremo muda de cor, sendo amarelo abaixo de pH 2, verde em pH 2, verde
azulada em pH 11,6 e incolor em pH 14. Porém seu descarte deve ser
controlado, pois a substância foi classificada como Classe II de Perigo à
Saúde por ser tóxica para células humanas podendo causar formação de tumores
no fígado (Thomas, 1984). Devido aos problemas ambientais que corantes como
verde malaquita podem causar, foram desenvolvidas técnicas da degradação
destes compostos, pois apresentam resistência à descoloração, à luz, água e
a outros produtos químicos, devido as suas estruturas complexas e origem
sintética (PERUZZO, 2003). Por ser um processo que não demanda adição de
produtos químicos redox, a fotocatálise heterogênea destaca-se entre os
processos de tratamento de água contaminada com corantes (Fogler, 2011). O
reator pistonado aplicado à fotocatálise tem a vantagem de ter fácil
manutenção e escoamento uniforme (Ferreira e Daniel, 2004). O princípio
desta técnica envolve a ativação de semicondutores, entre os mesmos, o TiO2
que é o catalisador mais utilizado devido à sua não toxidade,
fotoestabilidade e estabilidade química em ampla faixa de pH (NOGUEIRA E
JARDIM, 1997). Neste contexto, estudou-se a fotodegradação do VM em reator
pistonado, na ausência e na presença dos catalisadores TiO2 e
(Pd5Cu2SiO210PPy) , modelando-se a cinética da reação para cada catalisador
e comparando-se a eficiência dos mesmos.
MATERIAL E MÉTODOS: Os experimentos foram realizados no reator fotocatalítico, de escoamento
pistonado de duplo passe, desenvolvido no laboratório de catálise do IFG. O
reator possui dois tubos de aço, que envolvem tubos de quartzo com 2
lâmpadas UVGermilamp (mod. G36T6L, 39W, λ=254 nm, 120µW/cm2) em cada tubo.
Circulou-se 5 L de solução de VM 2,5x10-6 mol.L-1, pH 7, com vazão de
300L.h-1, no volume útil de 825cm3 por passe. Ligou-se as lâmpadas UV e
colheu-se alíquotas periodicamente durante 30 min, resultando em um total de
30 ciclos no volume reacional e 90 passes no reator. Centrifugou-se as
amostras a 1.200 rpm por 10 min em centrífuga Gerber e as concentrações de
VM (mol.L-1) foram mensuradas no espectrofotômetro DR2000 HACH, λ=617nm. Os
mesmos procedimentos foram realizados, adicionando-se os catalisadores TiO2
e Pd5Cu2SiO210PPy o qual foi sintetizado a partir da sílica em contato com
solução metálica de Pd, a fim de impregnar na superfície da sílica 5% em
peso de Pd, durante 2h. Em seguida a suspensão foi evaporada e seca em banho
de areia a 110°C, calcinado a 350°C por 3h em fluxo de ar de 60 mL/min. O
material foi colocado em contato com solução metálica (Cu 2% p/p massa do
catalisador) durante 2h, sob agitação e calcinado em fluxo de ar e seco. Em
seguida o mesmo foi colocado em câmara de vácuo contendo 10% p/p
(monómero/suporte catalítico) de monómero de pirrol. A câmara de vácuo foi
colocada no sistema de aquecimento a 80°C por 1h para vaporização dos
monômeros, e em seguida foi arrefecida até 20ºC. Esperou-se 4h para a
absorção e polimerização dos monômeros e o catalisador foi seco em banho de
areia a 80°C. Ambos os catalisadores foram adicionados em proporção de 0,3
g.L-1 de solução e avaliou-se sua fotodegradação ao longo tempo e sua
equação cinética foi modelada.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Por meio da fotodecomposição do VM sem e com a presença de catalisador
valores de R2 muito próximos foram obtidos quando se aplicou a equação
empírica de taxa de ordem n, levando a ordens fracionárias entre 1 e 2.
Neste caso, decidiu-se utilizar o modelo de cálculo de cinética de reação de
ordem 1 baseando-se na ordem de reação encontrada por RAHMAN et al. 2011
para a reação de fotocatálise do VM. A Figura 1 apresenta gráficos da
concentração em função do tempo para a fotodecomposição sem e com a presença
de catalisador. A Figura 2 apresenta resultados com os parâmetros cinéticos.
Analisando a conversão e o parâmetro cinético, nota-se que a velocidade de
fotodegradação com catalisador TiO2 foi maior que a velocidade de
fotodegradação sem catalisador, o que era esperado visto que este
catalisador apresenta maior grau de atividade catalítica em reações de
fotodegradação semelhantes, já a presença do catalisador (Pd5Cu2SiO210PPy)
não houve incremento significativo na velocidade de degradação. Os valores
de k obtidos se apresentaram na mesma ordem de grandeza à encontrada por
RAHMAN et al 2011, de 0,72E-2 a 4.98E-2min-1 que se diferem devido às
condições de pH, comprimento de onda e no tipo de catalisador (Fenton) não
sendo possível verificar uma degradação somente com luz UV, a fotodegradação
aqui observada ocorreu mesmo com o uso somente de luz UV. Kaviani et al 2016
trabalhou na fotodegradação com pH 4, comprimento de onda semelhante próximo
ao deste trabalho e catalisador (MnFe2O4/Al2O3+H2O2), resultando em uma
constante cinética de 4,7E-2min-1. É possível notar, portanto, que o
catalisador sólido TiO2 aqui testado apresentou um desempenho cinético
superior aos catalisadores usados por estudos semelhantes que são mais
complexos, caros e instáveis como o Fe+2 e o H2O2.
Figura 1
Fotodegradação do VrM sem catalisador (A),
fotocatálise com catalisador TiO2 (B) e
catalisador Pd5Cu2SiO210PPy (C).
Figura 2
Resultados cinéticos da reação de fotodegradação
do VM.
CONCLUSÕES: O modelo cinético de 1ª ordem em presença dos catalisadores representou
satisfatoriamente a reação de fotodegradação, porém o (Pd5Cu2SiO210PPy) parece
não ter favorecido a cinética com a presença dos metais Cu e Pd na superfície
do catalisador de sílica. Por outro lado, o TiO2, mais utilizado em
fotocatálise, apresentou melhor eficiência por sua alta absorção ultravioleta
e estabilidade fotocatalítica. Notavelmente, a eficiência do TiO2 comercial
foi maior que os catalisadores Fenton e MnFe2O4/Al2O3+H2O2 analisados por
Rahman e Kaviani, respectivamente.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos à Instituição pelo ambiente criativo е amigável, ao Prof. Dr.
Sérgio Botelho e ao Dr. Ramon Brexó pela orientação, apoio е confiança.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: FERREIRA, I. V. L.; DANIEL, L. A., Fotocatálise heterogênea com TiO2 aplicada aotratamento de esgoto sanitário secundário .Congresso Eng. Sanit. Ambient. ABES, n. 4,vol.9, Rio de Janeiro, 2004.
FOGLER, H. SCOTT. Essencial of Chemical Reaction Engineering. Ed. Person Education, Second Printing, 2011.
KAVIANI D, ASADI M, KHODABAKSHI M J, REZAEI Z. Removal of Malachite Green Dye from aqueous solution using MnFe2O4/Al2O3 Nanophotocatalyst by UV/H2O2 process. Arch Hyg Sci. 2016; 5 (2) :75-84
NOGUEIRA, R.F.P.; JARDIM, W.F. A fotocatálise heterogênea e sua aplicaçãoambiental. Química Nova. Vol.21: 69-72.
PERUZZO, L.C. Influência de agentes auxiliares na adsorção de corantes deefluentes da indústria têxtil em colunas de leito fixo. UFSC. Florianópolis,2003.pag.47
RAHMAN, M. M. et al. Light induced kinetic studies of oxidative degradation of malachite green. Asian Journal of Chemistry 23, 945–949 (2011).
THOMAS S.M., MACPHEE D.G. Crystal violet: a direct-acting frameshift mutagenwhose mutagenicity is enhanced by mammalian metabolism. Mutat. Res. 1984, 140(4),p. 165-7.