Universidade Federal de Juiz de Fora

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química

Química Analítica Ambiental

POAs

Processos Oxidativos Avançados

Alunos:

Jordana Santos

Karine Enes

Lucas Vinícius

Mariliane Guimarães

Setembro, 2014

Introdução Crescimento demográfico e a expansão industrial

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Poluição ambiental

Mau uso dos recursos naturais

Ineficiência da legislação

Falta de consciência ambiental

Atmosfera Solo Recursos hídricos

Consequências

Contaminação

Introdução Atualmente tem havido uma maior

conscientização quanto à deterioração do meio

ambiente.

Remoção de poluentes orgânicos tem sido um

grande desafio.

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Diminuir o impacto ambiental referente as descargas de resíduos.

Processos Oxidativos Avançados - POAs

Meta

Introdução

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Processos

Oxidadtivos

Avançados

São baseados na geração

de radicais livres,

principalmente o radical

hidroxila ( .OH).

Este radical possui alto poder oxidante e

pode promover a degradação de vários

compostos poluentes em poucos minutos.

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Mineralização

( CO2, H2O e ânions

inorgânicos)

Tratamento

in situ

Menor custo

Geralmente não é

necessário pós-

tratamento

Cinética de reação elevada

Vantagens

POA

Introdução

Divisão dos processos oxidativos avançados:

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Sistemas

Homogêneos

Sistemas de

Processos oxidativos

Avançados

Sistemas

Heterogêneos

Processos Homogêneos Não existe a presença de catalisadores sólidos.

A fotolíse direta possui uma eficiência baixa em

comparação com processos gerando .OH

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Degradação

matéria orgânica

Fotólise direta

(UV)

Geração .OH

H2O2/UV , O3/UV, H2O2/O3/UV

Processos Homogêneos

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Tabela 1: Sistemas homogêneos típicos de processos oxidativos avançados.

Sistema H2O2/UV

Segundo Huang e colaboradores, o mecanismo mais aceito para fotolíse de H2O2 é o seguinte:

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Alto poder

oxidante

(E=1,77V)

H2O2 Tratamento de

efluentes

Lâmpadas de Hg : 254nm

H2O2 2 .OH

hn

Sistema H2O2/UV

Aplicações:

Pré-tratamento para biodegradabilidade

surfactantes;

Degradação de Corantes;

Degradação éter metil terc-butil.

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Sistema O3/UV Ozônio:

Gás incolor de odor pungente e com alto poder de

oxidação (E=2,08V);

Se decompõe em espécies radicalares em solução

aquosa.

Neste sistema são gerados 3 processos de

degradação:

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Fotolíse direta Ozonização

direta Oxidação

. OH

3O3 + H20 2.OH +4O2

hn

Sistema O3/UV

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APLICAÇÕES

Degradação de

micropoluentes

em água

potável

Inativação

de bactérias

Degradação

de corantes

Degradação

de

herbicidas

Sistema foto-fenton Quando complexos de Fe 3+ são irradiados (UV),

ocorre o promoção de um elétron de um orbital centrado no ligante para um orbital centrado do metal, que implica na redução Fe 3+.

Fe 2+ na presença de peróxido de hidrogênio.

Deve-se manter o pH entre 2,5 – 3,0.

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Fe(OH) 2+ Fe 2+ + .OH

Fe 2+ + H2O2 Fe 3+ + OH- + .OH

hv

Sistema foto-fenton

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Aplicações

Degradação de

clorofenóis

Oxidação de

resíduos e

lixiviação de

aterros

Degradação de

corantes

Processos Heterogêneos Processos que contam com a presença de

catalisadores sólidos.

Se diferenciam dos homogêneos devido a

presença dos catalisadores semicondutores.

Substâncias que aumentam a velocidade da

reação;

São utilizados para se atingir o equilíbrio químico sem

sofrer alteração química.

Reações catalíticas.

15

Processos Heterogêneos

16

Figura 1: Representação esquemática de condutores, semicondutores e isolantes.

Processos heterogêneos

Catalisadores semicondutores estudados:

ZnO,

Fe₂O₃,

SiO₂ ,

Al₂O₃,

ZnS,

CdS, entre outros.

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TiO₂

TiO2

o Fotocatalisador mais ativo.

O mais utilizados na degradação de compostos

orgânicos presentes em águas e efluentes.

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Processos Heterogêneos

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Tabela 2: Sistemas heterogêneos típicos de processos oxidativos avançados.

A utilização de radiação UV aumenta a eficiência.

Fotoativação do TiO2 Envolve a ativação do semicondutor (TiO2) por luz

solar ou artificial.

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Figura 2: Fotoativação do catalisador.

Fotocatálise heterogênea

com TiO2

Segundo Chamarro et. al., os radicais hidroxila são

apontados como as espécies reativas envolvidas na

reação de degradação fotocatalítica.

Espécies altamente oxidantes;

Vida curta;

Capazes de oxidar inúmeros compostos orgânicos,

mineralizando-os e transformando-os em CO2, H2O

e sais inorgânicos.

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Fotocatálise heterogênea

com TiO2

22

Fotocatálise heterogênea

com TiO2

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Vantagens :

Baixo custo;

Não toxicidade;

Insolubilidade em água;

Estabilidade química em uma ampla

faixa de pH;

Possibilidade de imobilização em sólidos;

Possibilidade de reutilização.

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Aplicações Canela (1999): Destruição de compostos orgânicos

em fase gasosa;

Ziolli (1999): Aplicação em efluente líquidos utilizando

luz solar;

Donaire (2001): Destruição de microorganismos

patogênicos.

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Conclusões

Aumento da poluição do mundo moderno

Aumento da complexidade e dificuldade na remediação

Busca de novas metodologias.

Escolhas apropriadas para os problemas específicos de tratamento.

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Conclusões POAs:

Conjunto de tecnologias promissoras para o

tratamento de contaminantes persistentes e tóxicos;

Alternativas para o tratamento de resíduos;

Aumento do uso.

Utilização:

Água e efluentes;

Remediação de solos e águas subterrâneas;

Remoção de odores.

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Conclusões Vantagens:

Inespecificidade;

Degrada poluentes cuja concentração seja muito

baixa (μg.L-1);

Não gera de resíduos.

Desvantagens:

Custos podem ser elevados;

Formação de subprodutos de reação.

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Referências Ciola, R. Fundamentos da catálise. 1ª edição,

Editora da Universidade de São Paulo, 1981,p.377.

Chamarro , E. et.al.; Use of Fenton reagent to improve organic chemical biodegradability. Wat. Res., v.35, nº 4, p.1047-1051, 2001.

Núbia, B. N. et. al.; Processos oxidativos avançados e sua aplicação ambiental. Revista eletrônica de engenharia civil, nº 3, v. 1 p. 36-47, Goiás 2012.

Teixeira, B. A. P. C. et. al.; Processos oxidativos avançados. V.3 p.83 Campinas, 2014.

29

Referências Canela, M.C et. al.; Identificação e destruição

fotocatalítica em fase gasosa de compostos causadores de odor em efluentes. Campinas, 1999, p.138 ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999.

Ziolli, R. L. et. al.; Fotodegradação da fração de petróleo solúvel em água de mar sob ação da luz solar. Campinas, 1999, p.89. ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999.

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Referências Donaire, P. P. R. et.al.; Desinfecção de águas

utilizando radiação ultravioleta e fotocatálise heterogênea. Campinas, 2001, p.130 ( Tese de Mestrado em saneamento e ambiente): Curso de Pós- Graduação em Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia Civil, UNICAMP, 2001.

MELO, S. A. S. et al.; Degradação de fármacos residuais por processos oxidativos avançados. Química Nova. Vol.32, No 1, pag. 188-197, 2009.

FIOREZE, M. et al.; Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Digital. Vol. 18, n. 1, pag. 79-91, 2014.

31

Referências KANG, J.W. et al.; Effect of ozonation for treatment

of micropollutants present in driking water source.

Wat.Sci. Tech, V.36, n.12, p 299-317, 1997.

BENITEZ, F. J. et al.; Degradation by ozone and UV

radiation of the herbicide cyanazine. Ozone ScI.

Eng., v. 16, p. 213-234, 1994.

NOGUEIRA,R.F.P et. al.; Fundamentos e aplicações

ambientais dos processos Fenton e Foto-Fenton.

Quimica Nova, v.30, n.2, 2007 , São Paulo.

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