Degradação do corante Preto Reativo 5 através do processo foto-Fenton heterogêneo com catalisador à base de óxidos mistos de ferro e titânio

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: RAMALHO, Maria Luisa Rodrigues de Almeida
• Orientador(a): PACHECO FILHO, José Geraldo de Andrade
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Engenharia Quimica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia Química; Foto-Fenton; Catálise; TiO₂; α–Fe₂O₃; Corante
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33821

As indústrias têxteis são fonte de desenvolvimento econômico no Nordeste brasileiro, principalmente no agreste pernambucano. O lançamento de efluentes coloridos leva ao desequilíbrio ecológico dos corpos hídricos, sendo necessária a aplicação de processos avançados no tratamento de efluentes. Os processos oxidativos avançados constituem tecnologias eficientes para degradação de corantes reativos. A fotocatálise e o foto-Fenton heterogêneo possibilitam a recuperação do catalisador para sua reutilização, e por ser possível o emprego de luz solar. Compostos de óxidos de ferro e titânio apresentam boas características para aplicação em reações fotocatalíticas ativadas por luz solar, pois aliam a elevada eficiência do TiO2 com o baixo bandgap do óxido de ferro. O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar catalisadores de óxidos de ferro e titânio utilizando o método Pechini modificado para degradação do corante Preto Reativo 5 utilizando processos oxidativos avançados, sob luz solar simulada. Os catalisadores foram sintetizados nas proporções mássicas 60:40 e 80:20 de α–Fe₂O₃/TiO₂, sendo chamados 60Fe/Ti e 80Fe/Ti, respectivamente. Os precursores catalíticos foram calcinados nas temperaturas de 500, 600 e 700 °C, codificados da seguinte forma: 60Fe/Ti–1 e 80Fe/Ti–1, calcinados a 500 °C; 60Fe/Ti–2 e 80Fe/Ti–2, calcinados a 600 °C; 60Fe/Ti–3 e 80Fe/Ti–3, calcinados a 700 °C. Foi realizada caracterização estrutural, textural, morfológica e óptica dos materiais e as amostras 60Fe/Ti–1 e 80Fe/Ti–1 apresentaram propriedades catalíticas promissoras, com fases da α–Fe₂O₃, do TiO₂ anatase e do Fe₃O₄, elevadas áreas superficiais específicas e valores de bandgap favoráveis para as trocas eletrônicas. Os seis catalisadores foram aplicados para fotocatálise e foto-Fenton heterogêneo na degradação do corante e o catalisador 60Fe/Ti–1 apresentou o melhor desempenho. O planeamento experimental 2³ foi realizado e foram estabelecidas as melhores condições de reação: [catalisador] = 0,40 g L⁻¹, [H₂O₂] = 12 mM, [RB5] = 10 mg L⁻¹, pH 2,5 e vazão de ar de 0,5 L min⁻¹, atingindo 100% de eficiência na degradação do corante. A cinética da reação de degradação do corante foi avaliada utilizando o método das velocidades iniciais, por meio da variação da concentração inicial de corante e de catalisador. Os dados experimentais obtidos nas curvas cinéticas foram ajustados no modelo de equação de Langmuir-Hinshelwood. O catalisador 60Fe/Ti–1 teve sua estabilidade química avaliada por meio de testes de reuso, onde foram feitos 4 ciclos consecutivos e foi observada perda de apenas 10% na eficiência de degradação do corante ao final do quarto ciclo. O mecanismo de reação proposto foi elaborado com base no estudo cinético da variação dos parâmetros de reação e através da adição de sequestrantes de radicais •OH e da lacuna (h⁺), onde foi observado que as duas espécies têm grande importância na degradação do corante. A toxicidade do efluente tratado também foi avaliada utilizado sementes de alface (Lactuca sativa), no qual foi observado que mesmo após a completa degradação do corante, o efluente tratado apresentou caráter tóxico.