Aplicação de reator eletroquímico para tratamento de água: aspectos hidrodinâmicos, eletrogeração de oxidantes e integração de sensores

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Souto, Robson da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: EAOP; electrochemical reactors; eletrodos de difusão gasosa; eletrogeração de H2O2; gas diffusion electrodes; H2O2 electrogeneration; oxygen reduction reaction; PEOA; reação de redução de oxigênio; reatores eletroquímicos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-26112025-124437/

Esta tese apresenta o desenvolvimento, otimização e aplicação de um reator eletroquímico operado em fluxo, voltado à eletrogeração in situ de oxidantes e à remediação de contaminantes orgânicos persistentes em matrizes aquosas. O estudo propõe inovações tanto no design do reator quanto nos materiais utilizados, incluindo a introdução de eletrodos de difusão gasosa (EDG) a base de carbono sustentáveis, fabricados a partir de bagaço de cana-de-açúcar (BCA), e a modificação de carbono com materiais zeolíticos imidazólicos de zinco (Zn-ZIF). A tese é composta por cinco capítulos experimentais que abordam desde a caracterização hidrodinâmica do reator com uso de metodologias como a distribuição do tempo de residência e a metodologia de superfície de resposta, até a integração de sensores eletroquímicos para a detecção online de peróxido de hidrogênio (H2O2), principal oxidante gerado no sistema. A partir da aplicação do sistema UVC@e-H2O2@e-ClO-, obteve-se degradação significativa do herbicida tebuthiuron, com destaque para a sinergia entre os oxidantes gerados no cátodo (H2O2) e no ânodo (espécies cloradas), resultando em elevada eficiência de mineralização com baixo consumo energético. A avaliação toxicológica de subprodutos demonstrou que os compostos gerados apresentam toxicidade reduzida, mas ainda requerem estudos adicionais para validação ecotoxicológica. Além disso, os eletrodos à base de resíduos de BCA mostraram desempenho comparável aos materiais comerciais, porém com significativa vantagens ambientais e econômicas. A modificação com Zn-ZIF potencializou a seletividade e a eficiência eletrocatalítica dos EDGs, promovendo a degradação de contaminantes. Por fim, a integração do sistema de análise por injeção em fluxo com sensores impressos de baixo custo demonstrou viabilidade para o monitoramento contínuo e preciso da eletrogeração de H2O2, contribuindo para a automação e controle em tempo real do processo. Os resultados consolidam a proposta como uma alternativa viável, escalável e sustentável para o tratamento de águas contaminadas, com forte potencial de aplicação prática e contribuição significativa para a área de processos oxidativos avançados e reatores eletroquímicos.