Processos Oxidativos Avançados (POA)

1. Processos Oxidativos Avançados (POA) petiano: José Roberto Ambrósio Júnior

2. Introdução • A Revolução Industrial ocasionou aumento na geração de resíduos; • Estes foram lançados sem preocupação por muitos anos: • Na atmosfera; • No solo; • Na água.

3. Introdução • Atualmente, está havendo maior conscientização dos riscos iminentes à saúde humana. • Necessidade da conservação dos recursos naturais. • Estão sendo adotadas novas normas e legislações.

4. Introdução • Diminuir o impacto ambiental da descarga de resíduos; • Adaptar e otimizar os processos de produção industrial; • Utilizar processos de tratamentos já desenvolvidos; • Adsorção em carvão ativado; • Air-stripping; • Oxidação biológica; • Incineração.

5. Introdução • Ou desenvolver novos processos. • Processos Oxidativos Avançados. • Oxidar compostos orgânicos complexos a moléculas simples, ou até mesmo mineralizá-las. • Baseado na geração de radical hidroxila (OH.), altamente oxidante e não seletiva.

6. POA • São classificados em:

7. Homogêneos • Fotólise de peróxido de hidrogênio (H2O2/UV); • Ozonização (O3/H2O2;O3/UV;O3/H2O2/UV);

8. Homogêneos • Processo Fenton (Fe2+/H2O2; Fe2+/H2O2/UV): • O potencial de tratamento de efluentes só foi considerado nos últimos anos. • Destrói várias classes de compostos: • Fenóis, clorofenóis, álcoois, aromáticos, corantes entre outras.

9. Heterogêneos • Fotocatálise heterogênea (semicondutor/UV; semicondutor/H2O2/UV). • Princípio: • Ativação de um semicondutor por luz solar ou artificial. • Semicondutor é caracterizado por bandas de valência (BV) e por bandas de condução (BC) sendo a região entre elas chamada de bandgap.

10. Fotocatálise Heterogênea • Semicondutores: • Dióxido de Titânio (TiO2); • Sulfeto de Cádmio (CdS); • Óxido de Zinco (ZnO); • Trióxido de Tungstênio (WO3); • Sulfeto de Zinco (ZnS); • Trióxido de Ferro (Fe2O3).

11. Diferença em condutor, semicondutor e isolante BC BC BC BV BV BV Figura 1: Orbitais moleculares de compostos condutores, semicondutores e isolantes.

12. Fotocatálise Heterogênea Figura 2: Esquema representativo da partícula de um semicondutor.

13. Dióxido de Titânio (TiO2) • Não tóxico; • Fotoestável; • Apresenta estabilidade química. • Formas alotrópicas: • Anatase; • Rutilo; • Brookite.

14. Dióxido de Titânio (TiO2) • Área Superficial: • Em torno de 50 m2g-1. • Tamanho das partículas: • Aproximadamente 100 nm. • Forma imobilizada: • Placa de vidro; • Esferas de sílica (SiO2).

15. Fotocatálise Heterogêneapor TiO2 • Vantagens em relação ao processo Fenton: • Além de oxidar contaminantes orgânicos podem ser oxidados compostos inorgânicos como HCN e H2S; • Ser utlizada em fase gasosa; • Atividade bactericida; • Reduzir metais para estados de oxidação menos tóxicos.

16. Fotocatálise Heterogêneapor TiO2 • Desvantagens em relação ao processo Fenton: • Absorve de 3 a 4% do espectro solar, enquanto que o processo Fenton absorve aproximadamente 18%.

17. Aplicações da fotocatálise heterogênea • Desodorização de ambientes através da utilização de filtros impregnados com TiO2; • Tintas fotocatalíticas para revestimentos anti-bactericidas e auto-limpantes de paredes de centro cirúrgicos; • Vidros e espelhos anti-embassantes; • Vidros auto-limpantes para iluminação de túneis.

18. Aplicação: Redução de Crômio (VI) • Tóxico para muitos organismos (Conc. > 0,05 ppm) ; • Carcinogênico para animais; • Cause irritação e corrosão da pele humana; • Mutagênico; • Por ser fracamente sorvido em superfícies inorgânicas, é muito móvel na natureza.

19. Redução de Cr (VI) • É 100 vezes mais tóxico do que o Cr (III); • Solúvel em toda a faixa de pH, enquanto que o Cr (III) é precipitado em pH básico como Cr(OH)3; • Métodos convencionais de tratamento: • Redução química; • Adsorção em carvão ativado; • Redução bacteriana.

20. Redução de Cr (VI) • A concentração de Cr (VI) é determinada espectrofotometricamente pelo método da difenilcarbazida; • Formação de complexo violeta com Cr (VI); • Solução incolor com Cr (III).

21. Redução de Cr (VI) Figura 3: Esquema representativo da partícula de um semicondutor reduzindo crômio hexavalente e oxidando compostos orgânicos.

22. Bibliografia • Nogueira, R. F. P., Guimarães, J. R.. Processos oxidativos avançados: uma alternativa para o tratamento de efluentes. Eng. Sanitária e Ambiental, v.3, n. 3, p. 97-100, 1998. • Nogueira, R. F. P., Jardim, W. F.. A FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA E A SUA APLICAÇÃO AMBIENTAL. Química Nova, v. 1, n. 21, p. 69-72, 1998. • Prairie, M. R., Evans, L. R., Stange, B. M., Martinez, S. L.. Na Investigation of TiO2 Photocatalysis for the Treatment of Water Contaminated with Metals ans Organic Chemicals. Environ. Sci. Technol., v. 27, n. 9, p. 1776-1782, 1993.

23. Bibliografia • Giménez, J., Aguado, M. A., Cervera-March, S.. Photocatalytic reduction of chromium (VI) with titania powders in a flow system. Kinetics and catalyst activity. J. Molec. Catal. A: Chem. n. 105, p. 67-78, 1996. • Nogueira, R. F. P., Alberici, R. M., Jardim, W. F.. Heterogeneous photocatalysis: An energing technology for remediation of VOC contaminated environments. Ciência e Cultura J. Braz. Assoc. Advanc. Sci., v. 49 (1/2), 1997. • Khalil, L. B., Mourad, W. E., Rophael, M. W.. Photocatalytic reduction of environmental pollutant Cr (VI) over some semiconductors under UV/visible light illumination. Appl. Catal. B: Environ., n. 17, p. 267-273, 1998.