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PROCESSOS OXIDATIVOS
AVANÇADOS
Disciplina de Química Ambiental
Alunos: Hugo Camarano, Nathalia Campos,
Pâmela Souza.
Professor: Rafael Arromba
Estagiário: Felipe Reis
INTRODUÇÃO
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➢O descarte inapropriado
de efluentes industriais e
águas residuais no meio
ambiente causa
preocupação pública.
➢Tal problema configura
um importante desafio
para a comunidade
científica envolvida na
resolução de problemas
ambientais.
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
Os resíduos produzidos pela industria podem ser
orgânicos ou inorgânicos e ainda podem conter
poluentes tóxicos e resistentes aos sistemas
convencionais de tratamentos (FLORÊNCIO, 2014).
Diversos órgãos de vários
países e organizações
internacionais, têm se
dedicado à solucionar esses
problemas!!! 3
Organização Mundial da Saúde (OMS)
•Em 2006 apresentou
novas diretrizes
sanitárias voltadas
para o reuso de águas
residuárias.
Agência de proteção ao Meio Ambiente da
União Européia (EPA)
•Define o termo BestAvailable Techniques(BAT – MelhoresTécnicas Disponíveis)para o tratamento deefluentes, entre osquais abre-se espaçopara EmergingTechniques (TécnicasEmergentes), ou seja,técnicas inovadorasnão convencionais.
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Nas últimas décadas os Processos Oxidativos Avançados
(POAs) têm se destacado na pesquisa e
desenvolvimento de tecnologias de tratamento de
águas residuais, por se tratar de métodos eficientes.
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ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
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ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
Segundo (Pignatello et al. ,2006), os POAs:
“Caracterizam-se por transformar, parcial ou
totalmente, os poluentes em espécies mais simples como
dióxido de carbono, água, ânions inorgânicos ou
substâncias menos tóxicas e de fácil degradação por
tecnologias comuns.”
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VANTAGENS
Condições operacionais de temperatura e pressão ambiente
Combinação com outros processos, o que reduz o custo do tratamento
DESVANTAGENS
Alto custo da fonte de radiação UV, implicando uso de energia elétrica e custo de manuntençao
Alto custo do agente oxidante
POAsQuímicos
Fotoquímicos
Sonoquímicos
Eletroquímicos
Sono eletroquímicos
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POAS QUÍMICOS
Reação de Feton
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Decomposição
de H2O2
Na presença de Fe2+
e Fe3+ em meio
ácido
OH
Espécie oxidante
capaz de degradar
ou destruir uma
variedade de
poluentes
orgânicos.
ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient.
Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
POAS QUÍMICOS
Vantagens Desvantagens
✓ Operação simples e flexível; Pode não alcançar a
mineralização total dos poluentes
orgânicos;
✓ Facilidade de manuseio; Pode apresentar riscos devido ao
transporte e armazenamento de
H2O2;
✓ Uso de produtos químicos de
baixo custo;
Necessidade de grandes
quantidades de produtos químicos
para manter o pH ótimo da
reação (próximo a 3).
✓ Ausência de entrada de energia.
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ARAÚJO, K.S.; ANTONELLI, R.; GAYDECZKA, B.; GRANATO, A.C.; MALPASS G.R.P. Rev. Ambient. Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
POAS FOTOQUÍMICOS
É possível desinfetar águas e destruir grande parte dos
poluentes, onde esses processos agem através de três
reações principais:
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Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
1) Oxidação por ação direta de H2O2 e O3.
2 ) Foto-decomposição, baseada na radiação UV, excitação
e degradação de moléculas de poluentes.
3 ) Oxidação por fotocatálise com TiO2 levando à formação
de radicais hidroxila.
1) OXIDAÇÃO POR AÇÃO DIRETA DE
H2O2 E O3
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H2O2 O3
Radicais OH.
Potencial de Oxidação
1,8V
Decompõe em O2 e O.
Potencial de Oxidação
2,08V
TEIXEIRA C. P. A. B.; JARDIM W. F. Processos Oxidativos avançados – Conceitos teóricos. Campinas, 2004
2) FOTO-DECOMPOSIÇÃO
Luz Fonte que destrói o poluente.
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TEIXEIRA C. P. A. B.; JARDIM W. F. Processos Oxidativos avançados – Conceitos teóricos. Campinas, 2004
Solução
Utilizado em processos de forma conjunta com
H2O2 e O3
Desvantagem
Possui eficiência menor, quando comparado ao
processo que geram hidroxilas.
2.1 – FOTÓLISE DO PERÓXIDO DE
HIDROGÊNIO (H2O2/UV)
Degradação de compostos orgânicos tóxicos.
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• HOhvOH 222
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
200 a 300nm
Ligação O-O quebrada
2.1 – H2O2/UV
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Vantagens Desvantagens
✓ Solubilidade do H2O2 em água;
✓ O reagente se decompõe em água
e oxigênio.
✓ Geração de dois radicais HO∙ por
molécula de H2O2 fotolisada;
✓ Estabilidade térmica;
✓ Procedimentos de operações
simples;
✓ Inexistência de problemas de
transferência de massa.
Custo do processo;
H2O2 funciona como um
“capturador” de radicais
hidroxil;
Taxa de oxidação química do
poluente é limitada pela taxa de
formação dos radicais hidroxil;
Fatores como turbidez, presença
de outras substâncias que
absorvam a radiação podem
interferir na eficiência do
processo, exigindo então um pré
tratamento;
Formação de precipitados que se
depositem na fonte de radiação
também diminuem a eficiência
do processo.
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014 / https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
2.2 – FOTÓLISE COM OZÔNIO (O3/UV).
Radicais hidroxilas produzidos direta e
indiretamente.
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•
•
HOHOOOHO
HOhvOHO
OHOhvOHO
2
2
2323
222
22223
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
200 a 360nm
2.2 – O3/UV
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https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
Vantagens Desvantagens
✓Hidroxilas produzidas direta
e indiretamente
aumentando então a
degradação da matéria
orgânica;
✓ Alto potencial de redução;
✓ Baixas concentrações de
Ozônio são suficiente;
✓ Ampla faixa de pH de
operação;
✓ Pode ser usado para
efluentes coloridos contendo
partículas em suspensão,
pois o Ozônio absorve
radiação facilmente.
Baixa solubilidade do O3 em
água;
Alta reatividade e baixa
seletividade;
Alto custo;
O Ozônio deve ser gerado in
situ.
2.3 – FOTÓLISE COM OZÔNIO E PEROXIDO DE
HIDROGÊNIO (O3/H2O2/UV).
A adição de H2O2 ao processo O3/UV, ocasiona um
aumento significativo na taxa de geração de
radicais hidroxilas.
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Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
Vantagem
Acelerar a degradação de poluentes.
2.4 – PROCESSO FOTO-FENTON
(H2O2/FE2+/ UV).
20
• 23
22 FeOHHhvFeOH
Reação de Fenton
Ocorre a decomposição direta do H2O2, assim
como no Processo H2O2/UV.
Rev. Ambient. Água, v. 11, n 2, p. 387 – 401, 2016
2.4 - H2O2/FE2+/ UV
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Vantagens Desvantagens
✓Reação ocorre em
temperatura e pressão
ambientes;
✓Aplicado em uma
variedade de compostos;
✓Ferro é um elemento
abundante.
pH do meio deve estar
entre 2,5 e 3,0 para se
obter o máximo de
eficiência de degradação.
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
3 ) FOTOCATÁLISE COM TIO2/UV
22
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
)( _
22 VBCB heTiOhvTiO
Uma espécie
semicondutora é
irradiada para a
promoção de um
elétron da banda de
valência (VB) para a
banda de condução
(CB).
Com o elétron
promovido para a
CB e com a
lacuna (h+)
gerada na VB,
são criados sítios
redutores e
oxidantes.
3) TIO2/UV
Os potenciais adquiridos são suficientes para
gerar radicais ∙OH a partir de moléculas de água
absorvidas na superfície do semicondutor.
Os quais podem subsequentemente oxidar o
contaminante orgânico.
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• HHOOHh 2
REGET, v. 18, n. 1, p. 79-91, 2014
3) TIO2/UV
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https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/6043/6043_6.PDF
Vantagens Desvantagens
✓Diminui o consumo de
energia elétrica;
✓Aumenta as taxas de
reação;
✓Absorve radiação no
comprimento de onda
da radiação solar.
Possibilidade de
formação de
intermediários mais
tóxicos que os
contaminantes
originais.
POAS SONOQUÍMICOS
As técnicas de oxidação sonoquímicas são baseadas na
utilização de radiação ultrassônica (US) a fim de criar
um ambiente oxidativo (Sathishkumar et al., 2016).
A sonólise é um processo que abrange a formação,
crescimento e o colapso implosivo de bolhas em um
liquido.25
POAS SONOQUÍMICOSFIGURA 1: Esquema da sonólise, da formação até o
colapso implosivo
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POAS SONOQUÍMICOS
Nesse sentido, a sonólise ocorre com as moléculas de
água gerando radicais livres muito reativos capazes de
reagir com as espécies químicas orgânicas no meio:
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POAS ELETROQUÍMICOS
Técnicas baseadas na transferência de elétrons.
Produção in situ do radical hidroxila.
A degradação de um poluente pode ocorrer:
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Diretamente (Processo de
Oxidação Anódica)Indiretamente (Processo de
eletro-Fenton)
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POAS ELETROQUÍMICOS
Oxidação anódica (OA):
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Reações de
oxidação e
redução
ocorrem na
superfície do
eletrodos.
OH
Formados na
superfície do
ânodo por
oxidação das
moléculas de
água.
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Água vol. 11 n. 2 Taubaté – Apr./Jun. 2016
POAS ELETROQUÍMICOS
Eletro-Fenton (EF):
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Formação de um
agente oxidante
in situ que pode
migrar da
superfície do
eletrodo e reagir
no seio da
solução.
OH
Gerados na reação de
Fenton
eletroquimicamente
assistida através do
reagente de Fenton
(mistura de H2O2 e íons
ferrosos) em meio
homogêneo.
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POAS ELETROQUÍMICOS
Vantagens Desvantagens
✓ Produção in situ de H2O2 (evitando
riscos com manuseio, armazenamento e
transporte);
Alto consumo energético;
✓ Regeneração contínua de Fe2+ no cátodo
(maior taxa de remoção de poluentes
orgânicos);
Podem necessitar de grande
tempo de retenção;
✓ Possibilidade de mineralização total a
custo relativamente baixo (otimizando
os parâmetros de operação);
Custo elevado quando
comparado, por exemplo, aos
processos biológicos;
✓ Rápida
degradação dos
poluentes
orgânicos
(evitando a
formação de
novas espécies
tóxicas);
✓ Não possui
necessidade de
adição de reagentes
químicos ou
grandes
quantidades de
catalisador.
Formação de subprodutos de
reação.
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CONCLUSÕES
POAs Fotoquímicos demonstraram ser tecnologias
mais eficazes que os POAs químicos;
Os eletroquímicos mostraram ser vantajosos devido à
capacidade de minimizar ou eliminar o uso de
reagentes químicos;
A combinação de vários POAs torna-se mais adequada
para a degradação/destruição de espécies tóxicas e/ou
recalcitrantes;
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CONCLUSÕES
POAs tornam-se aplicáveis para aumento de
escala mediante a otimização dos fatores de
eficácia;
Torna-se necessário realizar mais pesquisas a
respeito dos pontos negativos dos POAs em nível
industrial a fim de solucionar as limitações e
restrições existentes, promovendo a efetivação do
emprego dessas tecnologias no tratamento de
águas residuais e efluentes industriais.
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OBRIGADO!!!!