Estudo da cinética de peroxidação eletroquímica da trifluralina

Abstract

Resumo: O herbicida trifluralina é um composto orgânico bioacumulativo, persistente e tóxico. O objetivo do presente trabalho foi a investigação da cinética de peroxidação eletroquímica da trifluralina em um efluente que simula o gerado em uma planta industrial de produção do herbicida. A metodologia aplicada teve como foco o entendimento da formação dos radicais hidroxila e hidroperoxila que atuam na degradação do composto orgânico por aplicação do referido processo. Ensaios cinéticos visando a determinação das concentrações de íons ferrosos, férricos e hidrogênio (ensaios 1-9), bem como das concentrações de peróxido de hidrogênio (ensaios 4-6) e trifluralina (ensaios 7-9) foram realizados com eletrodos de ferro inseridos em um reator batelada perfeitamente agitado, operado isotermicamente a ±25 °C e em correntes elétricas de 0,2, 0,4 e 0,6 A. O primeiro conjunto de dados cinéticos foi obtido na ausência de peróxido de hidrogênio e trifluralina no meio reacional (ensaios 1-3), o segundo na presença de peróxido de hidrogênio e sem trifluralina (ensaios 4-6), e o último envolvendo uma mistura reacional contendo peróxido de hidrogênio e o poluente investigado (ensaios 7-9). Os resultados experimentais, além de demonstrarem a efetividade do processo investigado para degradação da trifluralina, foram utilizados para desenvolvimento de um modelo cinético detalhado para o processo de peroxidação eletroquímica da trifluralina, envolvendo 27 reações e 15 diferentes espécies químicas. Os únicos parâmetros cinéticos ajustados do modelo, que considera subconjuntos de reações de eletrólise, dissociação, flotação de ferro não solúvel, e de oxidação da trifluralina por radicais hidroxila e hidroperoxila, foram o rendimento farádico das reações de eletrólise sobre o ânodo, a constante direta de velocidade da reação de dissociação da água, a constante de velocidade de flotação de íons férricos, e as constantes de velocidade das reações de oxidação da trifluralina. O modelo cinético representado por um conjunto de equações diferenciais ordinárias, oriundas de balanços materiais das diferentes espécies químicas em um reator batelada ideal, foi resolvido numericamente pelo método implícito BDF (Backward Differentiation Formula), enquanto que o procedimento de ajuste dos parâmetros cinéticos envolveu o método Simplex Modificado de otimização. Palavras-chave: Cinética. Trifluralina. Modelagem.

Abstract: The herbicide trifluralin is a bioacumulative, persistent and toxic organic compound. The main reason of the present dissertation was the kinetic investigation of the electrochemical peroxidation of trifluralin in an effluent, which mimics the one produced in an industrial production plant of the herbicide. The applied methodology was focused in a general comprehension about the formation of the oxidative radicals' hydroxyl and hydroproxyl, which act directly in the degradation of the organic compound through the referred process. Kinetic experiments headed to the determination of the different concentrations of the ionic forms of ferrous, ferric and hydrogen (experiments 1-9), as well as the concentration of hydrogen peroxide (experiments 4-6) and trifluralin (experiments 7-9) were conduced with carbon steel eletrodes in a stirred tank batch reactor, operating under ±25oC and electrical currents of 0,2, 0,4 and 0,6A. The three first experiments were conduced in the absence of hydrogen peroxide and trifluralin in the reactional system, the fourth until sixth experiments were performed with the hydrogen peroxide, but without trifluralin and the last three experiments were performed in the presence of both hydrogen peroxide and the investigated pollutant. The experimental results present the effectiviness of the investigated process for the degradation of trifluralin and also were used in the development of a more comprehensive kinetic model for the electrochemical peroxidation of trifluralin, envolving 27 reactions and 15 different chemical species. The only adjusted parameters of the kinetic model - which takes into consideration the reactions of electrolisys, dissociation, flotation of insoluble forms of iron and oxidation of trifluralin by the hydroxyl and hydroperoxyl radicals - were the faradic yield of the electrolysis reactions over the anode, the velocity constant of the forward reaction of the water dissociation, the velocity constant of ferric ion flotation and the kinetic constants of the oxidation reactions of trifluralin. The kinetic model is represented by a set of differential ordinary equations originated from the mass balances of different chemical species, which was numericaly solved by the implicit method BDF (Backward Differentiation Formula), whereas the adjustment procedure of the kinetic parameters involved the optimization method Modified Simplex. Key words: Kinetics. Trifluralin. Modelling.