Degradação fotocatalítica de tartrazina com TiO2 imobilizado em esferas de alginato

Abstract

Resumo: A poluição ambiental é uma questão bastante discutida na atualidade e é um dos maiores problemas enfrentados pela sociedade moderna. Existe hoje a necessidade do desenvolvimento de novos processos de tratamento de efluentes que garantam um baixo nível de contaminantes e a eliminação de compostos recalcitrantes. A fotocatálise heterogênea via combinação de dióxido de titânio (TiO2) e radiação UV têm recebido um crescente destaque por ser um processo oxidativo avançado muito promissor na degradação completa de compostos orgânicos. Devido às limitações do uso em suspensões do semicondutor TiO2, este trabalho tem por objetivo avaliar a potencialidade da fotocatálise heterogênea usando o TiO2 imobilizado em esferas de alginato para a degradação do corante amarelo tartrazina. A fotocatálise heterogênea com catalisador em suspensão foi realizada sob ação de uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão de 125 W e a análise de degradação utilizando dados de absorbância lidos em um fotocolorímetro, a fim de se obter a melhor condição de degradação. Os parâmetros analisados estatisticamente foram: a concentração de corante, a concentração de catalisador e o pH. Estudos preliminares apontaram que os parâmetros reacionais que apresentaram maiores percentuais de degradação, na faixa de 97%, foram: concentração de corante de 20 ?mol.L-1 com pH 5,0 e 9,0, e concentração de TiO2 de 0,1 e 0,2 g.L-1. As esferas com dióxido de titânio imobilizado na matriz polimérica de alginato foram confeccionadas com o teor de TiO2 determinado por termogravimetria (TG) e caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A imobilização do TiO2 se mostrou uma técnica bastante simples e reprodutível, a superfície das esferas apresentou distribuição homogênea de sítios catalíticos indicando que o procedimento foi adequado. Os ensaios de degradação do corante usando as esferas confeccionadas atingiram 27% de eficiência. Apesar da baixa da eficiência, o processo ainda pode ser considerado economicamente viável, pois, a separação das esferas com catalisador imobilizado é mais simples do que quando as partículas de catalisador são usadas em suspensão.

Abstract: Environmental pollution is an issue quite discussed today and is one of the biggest problems faced by the modern society. There is today the need of development of new wastewater treatment processes that ensure a low level of contaminants and the removal of recalcitrant compounds. The heterogeneous photocatalysis with the combination of titanium dioxide (TiO2) and UV radiation have received an increasing attention, because they are a very promising advanced oxidation process in the complete degradation of organic compounds. Due to the limitations of using the semiconductor in suspensions, the objective of this work is to evaluate the potential of heterogeneous photocatalysis using TiO2 immobilized in alginate beads for the degradation of tartrazine yellow dye. The heterogeneous photocatalysis with TiO2 slurry was performed under the action of a high-pressure mercury vapor lamp of 125 W and the degradation performance was investigated with the absorbance supplied by a photocolorimeter, in order to obtain the best condition for degradation. The process parameters studied were the dye concentration, the catalyst concentration and the pH. Preliminary studies revealed that the reaction parameters have the optimum conditions with dye concentration of 20 ?mol.L-1, at pH 5.0 and 9.0, and TiO2 concentration of 0.1 to 0.2 g.L-1. Alginate beads with immobilized titanium dioxide were prepared and the catalyst was quantified by thermogravimetric analysis (TG) and characterized by scanning electron microscopy (SEM). The immobilization of TiO2 has performed as a very simple and reproducible technique, the beads surface presented a homogeneous distribution of catalytic sites indicating that the procedure was adequate. The dye degradation using the alginate beads reached 27% of efficiency. Despite the low efficiency on the process, the use of alginate beads may still be economically viable for large scale processes because the separation is simpler than when the catalyst particles in suspension are used.