AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DE SULFETO DE HIDROGÊNIO ATRAVÉS DE FOTOCATÁLISE POR

TIO2

Autores:Marlon Brancher marlon_brancher@yahoo.com.brValéria Vidal de OliveiraLeonardo HoinaskiHenrique de Melo Lisboa

Laboratório de Controle da Qualidade do Ar – LCQar

Salvador, julho de 2010.

1. Introdução

2. Objetivos

3. Metodologia

4. Resultados

5. Conclusões

o A poluição ambiental tem sido reconhecida como um grave problema que precisa ser tratado imediatamente.

o Dentre as tecnologias que vem sendo investigadas para tal fim afotocatálise é a que vem despertando mais e mais interesse naindústria mundial.

Por quê?

o Capaz de promover a mineralização da grande maioria dos contaminantesorgânicos, além de também promover a oxidação de uma variedade de compostosinorgânicos como, por exemplo, H2S.

o Os poluentes são destruídos e não apenas transferidos de uma fase para outra,como ocorre com os tratamentos convencionais.

o Na maioria dos casos, promove a oxidação total.

o Mostram-se bastantes promissores do ponto de vista econômico.

o Esta técnica se aproxima das soluções apontadas para o problema dasustentabilidade ambiental.

A fotocatálise consiste na quebrade uma molécula (lise ~ quebra),através do uso de cargas positivase negativas que são formadas nasuperfície de um catalisador que é,por sua vez, excitado pela luz(foto ~ luz).

O fotocatalisador é geralmente um semicondutor inorgânico:

• ZnO • ZnS • WO3

• CdS• Fe2O3

• SrTiO3

• TiO2

Atóxico, fotoestável, quimicamente estável, baixo custo

FotoatividadeX

Fotoestabilidade

TiO2

Banda de condução

Banda de valência

A pesquisa está vinculada ao Laboratório de Controle daQualidade do Ar (LCQAr), do Departamento de EngenhariaSanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina(UFSC), que desenvolve pesquisas e trabalhos voltados à melhoriada qualidade do ar em ambientes internos e externos. O projetoem questão se enquadra na nova linha de pesquisa do laboratório,de tratamento de poluentes gasosos através de fotocatálise.

2.1 Objetivo Geral

o Avaliar a degradação de sulfeto de hidrogêniovia fotocatálise heterogênea por TiO2 (em pó eem sol) em um reator piloto de bancadautilizando dois métodos distintos de deposição:impregnação do pó de TiO2 em papel adesivo esol-gel através de um equipamento de dip-coating.

2.2 Objetivos Específicos

o Construir um reator, em forma de duto permitindo a passagem do gássulfeto de hidrogênio, para ser usado como suporte para os substratoscontendo o fotocatalisador TiO2 e iluminação ultravioleta (UV);

o Avaliar o desempenho de degradação do sulfeto de hidrogênio no reatorsomente com a presença de luz UV;

o Avaliar o desempenho de degradação do sulfeto de hidrogênio no reatorcom a presença do fotocatalisador titanium IV oxide preparado pelométodo de deposição em pó;

o Avaliar o desempenho de degradação do sulfeto de hidrogênio no reatorcom a presença do fotocatalisador PTX85 preparado pelo método sol-gel e depositado por processo de dip-coating.

3.1 Descrição do Projeto Piloto

◦ Foi utilizado como equipamento de controle um cooler (sem o ventiladorque o compõe), com a adição de 2 LED. O corpo do reator foi extendidoatravés de tubo de PVC na extremidade anterior e de um funil de plásticona extremidade posterior.

Figura 1 – Vista lateral do aparato experimental utilizado

3.2 Geração de H2S

◦ A solução foi preparada em um erlenmeyercontendo 0,6 g de sulfeto de sódio (Na2S.9H2O) e1,44 g de fosfato de sódio (Na2HPO4) em 90 mL deágua. O pH foi ajustado a 8,1 ±1 usando ácidoortofosfórico 1 mol/L diluído a 100 mL (CANELA,1999).

3.3 Procedimentos de Análises e Analisador de H2S◦ Os procedimentos de análise foram feitos através da

medida da concentração de H2S em dois pontos do sistema:entrada e saída reator.

◦ Analisador de H2S Jerome X-631

Figura 2 - Jerome X-631 (Fonte Campos, 2009)

3.4 Vazão de Entrada

◦ A vazão de entrada do gás no reator era controladapor um rotâmetro calibrado para medição arambiente fornecido através da bomba diafragmapressão/vácuo.

◦ A vazão fixada no rotâmetro foi de 240, 120 e 60 l/h.

3.5 Preparação dos Fotocatalisadores

◦ 3.5.1 Deposição do TiO2 sobre papel adesivo

◦ Foi utilizado o fotocatalisador titanium IV oxide(Nanostructured & Amorpphous Materials, cedido pelaempresa Inovida).

◦ O papel adesivo foi posteriormente disposto na parteinterna do reator.

◦ A densidade aparente no recobrimento do papel adesivofoi de 1,93 mg/cm2.

Figura 3 – Detalhe da impregnação do fotocatalisador em papeladesivo inserido na parte interna do reator

3.6 Deposição sobre placa de titânio

◦ 3.6.1 Limpeza do substrato

◦ A metodologia de limpeza foi realizada em 3 etapasseqüenciais (GE et al, 2006):

1) A primeira etapa foi a imersão da placa numa solução de HNO3 10%(v/v) e água deionizada para ser ultrasonicamente limpa em um banhocom duração de 30 minutos;

2) A segunda etapa foi transferir o substrato para um becker com acetonae levá-lo ao banho de ultra-som por mais 30 minutos;

3) A terceira etapa consistiu em colocar o substrato em um becker comálcool etílico e levá-lo para mais um banho ultrasônico durante 30minutos.

3.7 Preparação do Sol-Gel

◦ O sol-gel utilizado no presente trabalho foi uma misturacomercial pronta da marca Green Millennium Photocatalystmodelo Sagan Coat TPX85

◦ Para garantir a homogeneidade e a formação do gel, 60 mLde TPX85 foram agitados vigorosamente em um agitadormagnético, durante 2 horas, formando os géis e/ouprecipitados tal como descrito por Alves (2008).

Figura 4 – Detalhe da solução PTX85 sendo agitada magneticamente

3.8 Deposição e Tratamento Térmico

◦ O processo de deposição do TiO2 sobre o substrato detitânio foi feito via dip-coating em temperatua ambientecom velocidade de retirada de 1mm/s

◦ Após a imersão no gel a placa foi submetida a tratamentotérmico em chapa aquecedora a 120 oC para evaporarsolventes e melhorar a adesão do filme no substrato. Esteprocedimento foi repetido por 4 vezes para aumentar aespessura do filme (GE et al, 2006).

Figura 5 - Detalhes do aparelho de dip-coating e tratamento térmico em chapa aquecedora a 120 oC.

3.9 Calcinação

◦ A atividade fotocatalítica e a dureza do filme podemser aumentadas quando o mesmo é aquecido a altastemperaturas admissíveis ao substrato.

◦ O filme fino da solução PTX85 assim como ofotocatalisador titanium IV oxide foram calcinados emmufla a 350 oC, por 30 minutos, antes de seremutilizados (GE et al, 2006).

3.10 Avaliação da degradação fotocatalítica do H2S

1. O gás contaminado foi passado pelo reator somentecom a luz UV ligada e amostrado na entrada e saídado reator para avaliar a degradação via fotólise;

2. Foi introduzido o fotocatalisador titanium IV oxideimpregnado sobre papel adesivo, ligada a luz UV etestada a degradação do H2S para esse sistema;

3. Foi introduzido o fotocatalisador PTX-85 depositadosobre o substrato de titânio, ligada a luz UV e testadaa degradação do H2S para esse sistema.

◦ Todas as análises iniciaram depois que o período deequilíbrio de adsorção gás-sólido fosse alcançado.

Como isso garantido?Reator em estado estacionário (mesma concentração em todosos pontos do reator).

◦ As medidas das concentrações de entrada e saída foramrealizadas em intervalos de tempo de 5 minutos durante 45minutos para cada vazão de estudo.

4.1 Efeito da Vazão

◦ Foi observado que, independetemente, da vazão de entrada nosistema (240, 120 e 60 l/h), a degradação ou não-degradação semanteve constante para os dois sistemas em estudo.

◦ Vazão – tempo de residência da corrente gasosa dentro do reator.Esperava-se que com uma vazão menor, ouvesse maior degradação.Isso pode ter ocorrido, pois mesmo com diferentes vazões, aconcentração de entrada de H2S era praticamente a mesma depois quea solução geradora estabilizava.

◦ Caso a taxa de degradação fosse influenciada pela vazão de entrada,um método para se calcular a melhor vazão num sistema de fluxocontínuo seria utilizando o espaço temporal. O espaço temporal édefinido como a quantidade de catalisador dividido pela vazão molarde H2S que entra no reator (CANELA, 1999).

4.2 Avaliação da degradação do H2S no reatorsomente com a presença de luz UV

o As concentrações de entrada e saída de H2S foram constantesem todas as avaliações para todas as vazões testadas, o quecomprova que a fotólise no reator não possuía capacidade deremoção da concentração do poluente em questão.

4.3 Avaliação da degradação do sulfeto dehidrogênio no reator com a presença dofotocatalisador titanium IV oxide

o As medidas das concentrações de entrada e saída apontarampara uma eficiência de degradação máxima de 20%, e demédia 12,6%.

4.4 Avaliação da degradação do sulfeto dehidrogênio no reator com a presença dofotocatalisador PTX85

o As concentrações de entrada e saída de H2S no sistema foramconstantes para todas as avaliações de vazões feitas.

o Esperava-se, contudo, os melhores resultados para esse sistemajá que o substrato é um metal possuindo maior disponibilidadede elétrons para oxidar o H2S que o papel adesivo e, ainda, pelofato do PTX85 ser uma solução comercial já estabelicida nomercado.

o Isso pode ter ocorrido por que o gel no processo de dip-coatingnão se aderiu de forma adequada à superfície do substrato,formando um filme não-uniforme e descontínuo.

A avaliação dos resultados obtidos na pesquisapermitiu as seguintes conclusões:

o A fotólise não ocorreu no reator, comprovando que somente aradiação UV não possuia capacidade de degradação do H2S.

o A avaliação da degradação do H2S no reator com a presença dofotocatalisador PTX85 foi insatisfatória.

o A avaliação da degradação do H2S no reator com a presençado fotocatalisador titanium IV oxide obteve eficiência médiade 12,6% e máxima de 20%, comprovando o processo defotocatálise.

o A realização do presente trabalho proporcionou um maiorconhecimento sobre a fotocatálise heterogênea a qual tem semostrado uma tecnologia com grande potencial nadegradação de poluentes.

o Além disso, permitiu sugerir adequações e alterações paratrabalhos futuros.

AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DE SULFETO DE HIDROGÊNIO ATRAVÉS DE FOTOCATÁLISE POR

TIO2

Autores:Marlon Brancher marlon_brancher@yahoo.com.brValéria Vidal de OliveiraLeonardo HoinaskiHenrique de Melo Lisboa

Laboratório de Controle da Qualidade do Ar – LCQar

Salvador, julho de 2010.

OBRIGADO PELA ATENÇÃO!