Fotodegradação de corantes têxteis em águas: uma alternativa de tratamento de efluentes

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Oliveira, H.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Silva, I.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Araújo, K.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Cunha, C.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Medeiros, J.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Cézar, K.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Toscano, I.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA)

Resumo

Este trabalho determina um processo fotocatalítico para degradação de uma mistura de corantes têxteis que simula um efluente industrial, visto que a indústria têxtil é um dos segmentos mais lucrativos em nosso território e por possuir um processo químico heterogêneo merece grande atenção por gerar um alto volume de efluentes. Com o intuito de avaliar o comportamento do tratamento proposto em amostras reais, foi escolhido o melhor ensaio e aplicado em uma solução de água de rio com a mistura dos corantes. A degradação obtida foi de 100% e se mostrou eficiente comparado aos encontrados em literatura para uma mistura de corantes, tendo em vista que o permanganato não é inflamável e apresenta baixa toxicidade.

Palavras chaves

corantes; permanganato de potássio; fotodegradação

Introdução

As preocupações com o meio ambiente surgiram desde a história da humanidade, sobretudo a partir dos avanços tecnológicos, científicos e econômicos, obtidos no período da Revolução Industrial. No Brasil, o ponto de vista econômico sempre esteve relacionado com a apropriação dos recursos naturais de forma intensa por meio do fornecimento de matéria e energia, mas também como receptor de seus poluentes e rejeitos de suas atividades (PHILIPPI Jr. et al., 2014). Nas últimas décadas os problemas ambientais advindos do descarte incorreto desses poluentes vem sendo cada vez mais debatido, não apenas no âmbito nacional, como também no cenário internacional acarretando na estudo e criação de tecnologias limpas e renováveis que busquem a recuperação, conservação, desenvolvimento sustentável e melhoria da qualidade de vida. A indústria têxtil é um dos segmentos mais lucrativos em nosso território, segundo relatório do Instituto de Estudos de Marketing Industrial - IEMI no ano de 2017, o setor faturou o equivalente a RS$ 52 bilhões e gera cerca de 1,5 milhão de empregos (IEMI, 2018). No entanto, um problema enfrentado é com relação a sustentabilidade, pois os processos para obtenção de um produto são compostos por diversas fases e por si só geram impactos ambientais e sociais. O processamento químico têxtil é caracterizado por grande disparidade de tecnologias e processos de fabricação empregando matérias primas, como fibras de origem animal e vegetal, fibras sintéticas, corantes, pigmentos, produtos químicos, como também um alto consumo de água e energia (GUISE, 2003). Portanto, o setor têxtil merece atenção por gerar alto volume de efluentes que sem o tratamento adequado e descarte incorreto no meio ambiente podem causar problemas ambientais como contaminação de rios, alteração em ciclos biológicos afetando o processo de fotossíntese, por exemplo. Os tratamentos convencionais utilizam técnicas como adsorção, remediação, incineração, tratamentos biológicos, processos oxidativos avançados – POA, entre outros. Os POA’s são processos de oxidação que geram radicais hidroxila, os quais são espécies altamente oxidantes, em quantidade suficiente para provocar mineralização da matéria orgânica à CO₂, H₂O e sais inorgânicos (PIGNATELLO et al., 2006). Os radicais hidroxilas possuem alto potencial de redução e podem ser gerados por meio de reações envolvendo oxidantes fortes, como peróxido de hidrogênio (H₂O₂), ozônio (O₃), radical hidroxila, permanganato de potássio, radiação ultravioleta, entre outros. Sendo que o radical hidroxila dentre os oxidantes mais fortes possui o maior potencial redutor, podendo degradar inúmeros compostos tanto em fase aquosa, gasosa ou adsorvidos em uma matriz sólida (ALMEIDA e JARDIM, 2004). Dentre as vantagens dos POA’S destaca-se o emprego de uma tecnologia limpa, eficiente e de baixo custo, a inespecificidade que viabiliza a sua utilização para a degradação de substratos de qualquer natureza química, mineralização de poluentes orgânicos, serem utilizados tanto como pré-tratamento quanto como pós- tratamento, cinética de reação elevada, geralmente aprimoram as qualidades organolépticas da água tratada, entre outras. Tendo em visto o exposto a respeito dos processos oxidativos avançados e a as causas do descarte incorreto dos efluentes têxteis, este trabalho visa a determinação de um processo fotocatalítico para degradação de uma mistura de corantes têxteis que simula um efluente industrial.

Material e métodos

Com a finalidade de simular um efluente industrial, uma solução mista de três corantes comerciantes foi preparada na concentração de 60 mgL^-1 em amostra de água do Rio Mumbaba, PB. Os corantes escolhidos foram verde, vermelho e azul jeans, adquiridos na Feira de São Bento - PB, por se tratarem de corantes comerciais, eles não possuem especificidades. A metodologia utilizada para fotodegradação foi a aplicação de um sistema homogêneo composto por um reator de madeira (MDF), com 3 compartimentos cilíndricos (pyrex) capacidade para 250 mL, lâmpadas UV-A de 20W que emitem radiação entre comprimentos de onda 315 e 400 nm. Utilizou-se o permanganato de potássio como agente oxidante e para homogeneização das soluções uma bomba de ar. Os ensaios foram realizados seguindo os parâmetros estipulados no planejamento fatorial 2⁴: tempo (com nível inferior e superior de 30 e 60 min, respectivamente), potência da lâmpada (com nível inferior e superior de 20 e 60 W, respectivamente), pH (com nível inferior e superior de 2,0 e 5,0, respectivamente) e concentração do oxidante (com nível inferior e superior de 5 e 10 mgL^-1, respectivamente). As amostras foram quantificadas através das medidas espectroscópicas de absorção molecular na região do Ultravioleta-Visível (UV-Vis).

Resultado e discussão

A maior degradação no valor de 30% foi encontrada no ensaio de menor pH (2,0), maior concentração do oxidante (10 mgL^-1), menor potência da lâmpada (20 W) e o maior tempo de 60 min. Enquanto que a menor degradação no valor de 0,5% foi obtida no ensaio de maior pH (5,0), a menor concentração do oxidante (5 mgL^-1), menor potência da lâmpada (20 W) e o menor tempo de 30 min. Essa relação pode ser visualizada na Figura 1 que demonstra o gráfico de Pareto obtido nos ensaios nestas condições. O gráfico demonstra que o pH, a concentração do oxidante e a interação de ambos se mostram significativos, enquanto que o tempo e a potência não mostram indícios de significância. Em relação ao pH pode-se notar que ao partir do menor pH para o maior perde-se eficiência na degradação, enquanto que para o oxidante a resposta na degradação acrescenta quando utiliza-se a maior concentração. A superfície de resposta, Figura 2, obtida nos ensaios demonstra isto. Com a superfície de resposta é possível observar as características mostradas no gráfico de Pareto, onde à medida que se eleva a concentração do oxidante, bem como se reduz o pH, obtêm-se maior degradação. O pH inferior mostra-se mais efetivo, pois o ácido sulfúrico é um oxidante forte e auxilia na degradação, o permanganato de potássio é um oxidante forte e a sua maior concentração estimula a geração ainda maior das hidroxilas livres na solução e consequentemente eleva a degradação. A degradação de 30%, obtida no melhor ponto, é inferior ao que se possui na literatura. Amorim et al. (2009) ao realizarem um estudo de degradação com o processo Fenton obtiveram 80% em 5 minutos e 100% em 35 minutos. Vianna et al. (2008) obtiveram para os corantes Blue 9, Red 18 e Yellow 23 uma degradação de 93, 73 e 92%, respectivamente, utilizando dióxido de titânio (TiO₂), por outro lado ao utilizar peróxido de hidrogênio (H₂O₂) combinado com radiação ultravioleta (UV) os mesmos autores determinaram uma degradação de 95, 61 e 86% para os corantes azul, vermelho e amarelo, respectivamente. Os autores Araújo e Yokoyama (2006), utilizaram H₂O₂/UV e determinaram uma degradação de 96,4% e 95,25%, para os corantes azul e vermelho, respectivamente. No entanto, a degradação realizada pelos autores aqui mostrados foi realizada com os corantes individuais, quando se parte para misturas de corantes, tem-se moléculas diferentes e consequentemente maior complexidade. Acerca disto, Ignachewski et al. (2010) realizaram teste de degradação de uma mistura de corantes, sendo esta composta pelos corantes azul, laranja reativo e amarelo brilhante, em que utilizando o processo H₂O₂/UV determinaram 22,2% de degradação em 30 min e 45,5% em 140 min na mistura que possuía seu pico de comprimento de onda expresso em 254 nm. Com o intuito de avaliar o comportamento do tratamento proposto em amostras reais, foi escolhido o melhor ensaio e aplicado em uma solução de água de rio com a mistura dos corantes. Observou- se uma degradação de 100% para a amostra que simula a real, onde ocorreu uma aglomeração, da mistura de corante com a provável matéria orgânica presente na água, sendo retida no papel de filtro. As condições para isto foram, pH mais baixo (2,0), maior concentração de oxidante (10 mgL^-1), menor poder de lâmpada (20 W) e o tempo mais longo (60 min).

Fonte: Elaborada pelo autor.


Fonte: Elaborada pelo autor.

Conclusões

Neste trabalho avaliou-se a eficiência do oxidante permanganato de potássio na degradação de solução composta por mistura dos corantes azul, verde e vermelho. O tratamento se mostrou eficiente quando comparado aos encontrados na literatura para uma mistura de corantes, que utilizam fenton e peróxido de hidrogênio, tendo em vista que o permanganato não é inflamável e apresenta baixa toxicidade. Quando aplicado à amostra que simula um efluente real, obteve-se 100% de degradação, demonstrando a potencialidade do método.

Agradecimentos

À UFPB, ao CNPq e ao Laboratório de Estudos em Química Ambiental.

Referências

ALMEIDA, C. P; JARDIM, W. F. Processos Oxidativos Avançados. Caderno Temático, Campinas, v. 3, 2004. AMORIM, C. C. L.; DINIZ, M. M.; MOREIRA, R. F. P. M. Comparação entre diferentes processos oxidativos avançados para degradação de corante azo. Engenharia Sanitaria e Ambiental, v.14, n.4, p. 543-550, 2009. ARAUJO, F. V. F.; YOKOYAMA, L. Remoção de cor em soluções de corantes reativos por oxidação com H2O2/UV. Química Nova, v. 29, n. 1, p. 11-14, 2006. GUISE, L. M. T. Estudo da Degradação de Compostos Orgânicos Voláteis por Radiação Ultravioleta. Dissertação (Mestrado em Química Têxtil). Departamento de Engenharia Têxtil, Universidade do Minho, Portugal, 2003. IEMI – Instituto de Estudos de Marketing Industrial. Relatório Setorial da Indústria Têxtil Brasileira, 2018. Disponível em: www.textilia.net.01.05.2019. IGNACHEWSKI, F.; FUJIWARA, S. T.; CARNEIRO, L. M.; TAUCHERT, E.; PERALTA-ZAMORA, P. Degradação de corantes reativos por processo foto-fenton envolvendo o uso de peneira molecular 4a modificada com Fe3+. Química Nova, v. XY, n. 00, p. 1-6, 2010. PHILIPPI Jr., A.; ROMÉRO, M. A.; BRUNA, G. C. Curso de Gestão Ambiental. Col. Ambiental. 3ª Ed.Barueri, SP: Manole, 2014. PIGNATELLO, J. J.; OLIVEROS, S. E.; MACKAY, A. Advanced oxidation processes of organic contaminant destruction based of the Fenton reaction and related chemistry. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, v. 36, p. 1-84, 2006. VIANNA, V. B.; TÔRRES, A. R.; AZEVEDO, E. B. Degradação de corantes ácidos por processos oxidativos avançados usando um reator. Química Nova, v. 31, n. 6, p. 1353-1358, 2008.