Desenvolvimento de espécies de ferro imobilizadas em matrizes poliméricas e sua utilização na remediação de resíduos industriais

Abstract

Resumo: A água é considerada, atualmente, como o principal constituinte de todos os organismos vivos. No entanto, nas últimas décadas, esse valioso recurso vem sendo ameaçado pelas ações indevidas do homem, as quais acabam resultando em prejuízos para a própria humanidade. Um dos aspectos mais relevantes com relação à boa qualidade dos recursos hídricos consiste na contaminação por corantes riundos do segmento industrial têxtil. Sob este ponto de vista, o principal objetivo deste trabalho de pesquisa consistiu no preparo e caracterização de formas imobilizadas de ferro em matrizes poliméricas naturais (alginato e quitosana), visando a sua utilização em estudos de degradação de corantes têxteis por processos Fenton e foto-Fenton. Inicialmente, o efeito de variáveis experimentais foi investigado por sistemas de planejamento fatorial de experimentos, utilizando o corante azul QR-19. Nestes est dos preliminares o processo Fenton apresentou baixa capacidade de degradação, para ambos os sistemas catalíticos em avaliação. Nos estudos envolvendo a matriz alginato/Fe, o processo foto-Fenton com luz artificial promoveu a descoloração completa do corante Azul Qr-19 e a redução de 90% do carbono orgânico total (COT) em 120 minutos de tratamento. O processo fotoassistido por luz solar apresentou melhor eficiência, cujo tempo de tratamento foi de 45 minutos para total descoloraçãodo corante com redução de 75% do COT. Para a mistura de corantes o processo não foi eficiente devido à decomposição do material em tempo superior a 150 minutos. Utilizando a matriz de quitosana/Fe, o tempo para a descoloração completa do corante foi de 180 minutos com 80% da redução do COT quando foi utilizado o processo foto-Fenton com luz artificial. Utilizando a luz solar, o tempo necessário para a total descoloração foi de 120 minutos com redução de 70% do COT. Os processos fotoassistidos utilizando a matriz de quitosana foram também aplicados à mistura de corantes com elevada eficiência de degradação sem que ocorresse a decomposição do material. O estudo de degradação do efluente têxtil foi realizado apenas com a matriz de quitosana, aplicando o processo foto-Fenton com luz solar, para o qual os resultados obtidos foram: 70% de redução da demanda química de oxigênio (DQO) em 300 minutos de tratamento não mostrando sinais de toxicidade, frente aos ensaios realizados com as sementes da Lactuca Sativa. Em todos os processos realizados, foi observado que o ferro permaneceu adsorvido nas esferas de material polimérico, o que possibilitou a reutilização do material (matriz de quitosana) por até 5 vezes. Estudos cinéticos demonstraram que o processo fotoassistido por radiação solar apresentou maior eficiência, com tempo de meia vida inferior ao processo assistido por radiação artificial. Embora todos os estudos tenham sido realizados em escala de bancada, os resultados sugerem um bom potencial dos processos utilizados na remediação de efluentes têxteis.

Abstract: Water is currently considered as the main constituent of all living organisms. However, in recent decades, this valuable resource is being impended by the improper actions of the man, which eventually result in losses to humanity itself. One of the most relevant aspects related to the water resources quality is the contamination proceeding from industrial textile segment. Considering these aspects, the main objective of this work was the preparation and the characterization of immobilized forms of iron ions in natural polymer matrices (alginate and chitosan) aiming their application in textile dyes degradation studies a Fenton and photo-Fenton processes. Initially, the effects of some experimental variables were investigated by factorial design systems, using blue dye QR-19 as standard. The preliminary studies showed that the Fenton process had a lower capacity of degradation for both catalysts systems evaluated. When alginate/Fe system was used, the photo-Fenton process under artificial light promoted a complete decolorization of the blue Qr-19 dye and a 90% reduction of total organic carbon (TOC) in 120 minutes of treatment. The process assisted by solar radiation showed better efficiency, for which the treatment time was 45 minutes for the complete dye decolorization and a TOC reduction of 75%. By the other hand, when dye mixture was used the process was not efficient due to the polymeric matrix decomposition mainly when the treatment time was up to 150 minutes. The system making use of the chitosan/Fe matrix showed a necessary time of 180 minutes for a complete dye decolorization with an 80% TOC reduction when photo-Fenton process under artificial light was used. When solar light was aplyed, the time required for total discoloration was 120 minutes with 70% TOC reduction. The photoassisted processes using chitosan matrix were also applied to the mixture of dyes and the results showed a high degradation dye efficiency without a decomposition of the material. The study of the textile effluent degradation was accomplished only with the chitosan matrix and applying solar photo-Fenton procedure. It was obtained a 70% reduction in chemical oxygen demand (COD) in 300 minutes of treatment and also no toxicity resulting effects were observed when the studies with Lactuca Sativa seeds were performed. For all the studies achieved it was observed that the iron remained adsorbed in the spheres of the polymeric material, the chitosan matrix, which allowed the use of the same material by up to 5 times. Kinetic studies demonstrated that the photoassisted process by solar radiation had a higher efficiency, with a half-life lower than the process assisted by artificial radiation. Even so all the experiments have been acquired in a laboratory-scale the results suggest a promising use of the Fenton processes for remediation of textile effluents.