Degradação de espécies químicas de relevância ambiental utilizando-se processo oxidativos avançados

Abstract

Resumo: Neste trabalho realizaram-se estudos tendentes a avaliar o potencial de alguns processos oxidativos avançados (POAs), em relação à capacidade de degradação de substratos químicos de interesse ambiental, especificamente compostos fenólicos. Preliminarmente, os sistemas Ti02-UV, ZnO-UV e H202-UV foram avaliados, utilizando-se uma estratégia multivariada (sistema de planejamento fatorial) que permitiu identificar as condições experimentais ótimas para a degradação de um substrato padrão (fenol, 1x10"3 molL"1). Estas condições estão representadas por pH 4,0 e 25 mg de semicondutor para o sistema Ti02-UV, pH 8,0 e 25 mg de semicondutor para o sistema ZnO-UV e pH 5,5 e relação molar H202/Fenol de 15:1 para o sistema H202-UV. Utilizando-se um reator fotoquímico de irradiação superficial, os principais parâmetros cinéticos do processo de degradação de fenol foram medidos, argumentos estes que revelaram o sistema H202-UV como o de melhor eficiência. Nas condições otimizadas, este sistema permitiu a completa degradação de fenol em tempos de reação da ordem de 15 min. Estudos complementares realizados por cromatografia líquida de alta eficiência permitiram a identificação de alguns intermediários de degradação característicos, dentre os que destacam hidroquinona, benzoquinona, pirogalol e pirocatecol. Com base nestas evidências, uma rota mecanística de degradação foi proposta. Em etapas mais avançadas do estudo, um reator de maior eficiência foi utilizado (sistema de irradiação interna). Neste sistema, estudos de degradação de fenol, clorofenol, efluente de polpação de madeira (licor negro) e efluente de branqueamento de polpa (kraft Ei), foram realizados. Diversos testes analíticos foram aplicados, visando-se caracterizar a verdadeira extensão do processo de degradação dos resíduos. Dentro deste contexto, resultados satisfatórios foram obtidos nos estudos envolvendo fenol (redução de fenóis totais superior a 90% em 15 min de tratamento), ortoclorofenol (resultados similares aos observados para fenol) e licor negro (remoção praticamente completa das espécies fenólicas em tempos de 15 min). Estudos realizados por meio de bio-ensaio demonstraram a significativa e sistemática diminuição da toxicidade aguda durante o decorrer do tratamento estudado. Resultados igualmente positivos não foram obtidos para o efluente de branqueamento Kraft Ei, que demonstrou resistência ao sistema H2O2-UV. Neste caso, a redução de fenóis totais foi de apenas 50%, após 2 horas de tratamento. De igual forma, o bio-ensaio respirométrico demostrou ineficiente remoção da toxicidade aguda associada a este resíduo. Em função dos resultados obtidos, é possível observar que os processos oxidativos avançados aqui estudados representam um elevado potencial de aplicação para o tratamento de resíduos desta natureza química

Abstract: In this work the potentiality of some advanced oxidative processes (POAs) toward the degradation of chemical species of environmental relevance (phenolic compounds) was investigated. Preliminarily, the Ti02-UV, ZnO-UV and H202-UV systems were evaluated by using a multivariate strategy (factorial design study). By this study, the optimal experimental conditions for degradation of a IxlO"3 moL"1 aqueous phenol solution were established, conditions that are represented by pH 4.0 and 25 mg of semiconductor for the Ti02-UV system, pH 8.0 and 25 mg of semiconductor for the ZnO-UV system, and pH 5.5 and a 15:1 H202:phenol molar ratio for the H202-UV system. Using a superficially-irradiated photochemical reactor the main kinetics parameters of the phenol degradation process were investigated. In these studies, the H202-UV system show the best performance, permitting almost total phenol degradation at reaction times of about 15 min. In complementary studies, some intermediate species were identified by high performance liquid chromatography. The identification of hydroquinone, benzoquinone, pyrogallol and pyrocatechol permitted the proposition of a mechanistic route for the phenol degradation process. In more advanced stages of the work, a photochemical reactor of high photonic yield was used (internal irradiation). With this system, degradation studies involving phenol, chlorophenol, and two effluents from the paper industry (black liquor and bleaching E1 stage) were carried out. Several analytical methodologies were used to characterize the degradation process. Good results were observed in the degradation study of phenol and o-chlorophenol (total phenols reduction higher than 90% at reaction times of 15 min), and black liquor (almost total removal of phenolic species at reaction times of about 15 min. Using a bioassay, the significantly reduction of acute toxicity during the photochemical treatment was demonstrated. Resembling positive results were not observed in the studies involving the bleaching effluent (E1). This sample was resistant to the H2O2-UV process, showing a degradation of about 50 % of the total phenols content at reaction times of 2 h. Similarly, the respirometric bioassay demonstrated inefficiency of the process in the elimination of the acute toxicity associated with this residue. In view of the obtained results it is possible to observe that the advanced oxidative processes studied here present a high application potentiality in the treatment of residues of this chemical nature.