Os reservatórios de águas, tais como rios e lagos são de extrema importância a manutenção da vida através do fornecimento de água para as necessidades básicas dos seres humanos. Além disso, também servem como destino final dos subprodutos das atividades humanas através dos efluentes domésticos e industriais. Em razão de possuírem duas funções opostas é necessário o desenvolvimento de tecnologias capazes de minimizar o impacto poluidor dos subprodutos das atividades humanas. O tratamento por processos convencionais nem sempre é eficiente, por isso os processos oxidativos avançados tem sido o foco de vários estudos. Dentre esses processos a fotocatálise heterogênea tem se destacado. Esta dissertação de mestrado descreve a avaliação do Ag3PO4 como catalisador no processo de fotocatálise heterogênea visando à degradação do poluente modelo fenol. O trabalho avaliou primeiramente o material na degradação do fenol em presença de uma fonte de irradiação artificial de xenônio. Na ausência de oxigenação do sistema, houve uma melhora na taxa média de degradação utilizando o catalisador Ag3PO4 comparado ao TiO2 P25. Com 120 minutos de reação pode ser observada a degradação total do fenol utilizando o catalisador Ag3PO4, enquanto, utilizando o TiO2 P25, foi possível observar menos de 30% de degradação no mesmo tempo. Além dos testes com luz artificial, foram feitos testes utilizando um reator solar do tipo CPC para comparar os resultados. Considerando algumas dificuldades encontradas foi possível obter resultados satisfatórios em relação à utilização do Ag3PO4 em fotorreatores solares. Para obter melhores resultados comparativos seria necessário modificações no sistema utilizado, como o aumento na vazão, para tentar utilizar efetivamente toda a massa de catalisador, pois no sistema utilizado ocorre sedimentação de parte da massa utilizada. Os resultados foram positivos indicando a possibilidade de ativar o catalisador Ag3PO4 com radiação solar, o que indica um caminho importante no desenvolvimento de tecnologia para processos de fotodegradação catalítica em reatores solares. / Water reservoirs, such as rivers and lakes are extremely important to maintain life through the provision of water for basic needs of human beings. Moreover, they also serve as the final destination of the byproducts of human activities such as domestic and industrial effluents. Since they have opposite functions it is necessary to develop technologies capable of minimizing the pollution impacts of the byproducts of human activities. Since the treatment of waste waters by conventional processes is not always effective, advanced oxidation processes have been the focus of several studies. Among these processes, heterogeneous photocatalysis has found an outstanding rule. This study aims at an evaluation of Ag3PO4 as a catalyst in the heterogeneous photocatalysis to degrade phenol dissolved in water. Phenol-in-water solutions has been adopted as a model contaminant in this study. The performance of the catalyst was evaluated using a xenon lamp as the source of artificial irradiation. In the absence of oxygenation, total degradation of phenol was observed in 120 minutes of reaction using the Ag3PO4 catalyst, while only 30% of the initially contained phenol was degraded when the conventional TiO2 P25 catalyst was used. Tests were also carried out in a solar reactor with CPC type collectors. These tests indicated that the Ag3PO4 catalyst can be a feasible alternative to conventional catalysts. The tests also indicated the need for further development of the catalyst production process, in order to generate smaller particles, with less tendency to settle down, and with larger specific surface area, The results were positive indicating the possibility of activating the catalyst Ag3PO4 with solar radiation, which indicates an important pathway in the development of technology for catalytic photodegradation in solar reactors.

Os reservatórios de águas, tais como rios e lagos são de extrema importância a manutenção da vida através do fornecimento de água para as necessidades básicas dos seres humanos. Além disso, também servem como destino final dos subprodutos das atividades humanas através dos efluentes domésticos e industriais. Em razão de possuírem duas funções opostas é necessário o desenvolvimento de tecnologias capazes de minimizar o impacto poluidor dos subprodutos das atividades humanas. O tratamento por processos convencionais nem sempre é eficiente, por isso os processos oxidativos avançados tem sido o foco de vários estudos. Dentre esses processos a fotocatálise heterogênea tem se destacado. Esta dissertação de mestrado descreve a avaliação do Ag3PO4 como catalisador no processo de fotocatálise heterogênea visando à degradação do poluente modelo fenol. O trabalho avaliou primeiramente o material na degradação do fenol em presença de uma fonte de irradiação artificial de xenônio. Na ausência de oxigenação do sistema, houve uma melhora na taxa média de degradação utilizando o catalisador Ag3PO4 comparado ao TiO2 P25. Com 120 minutos de reação pode ser observada a degradação total do fenol utilizando o catalisador Ag3PO4, enquanto, utilizando o TiO2 P25, foi possível observar menos de 30% de degradação no mesmo tempo. Além dos testes com luz artificial, foram feitos testes utilizando um reator solar do tipo CPC para comparar os resultados. Considerando algumas dificuldades encontradas foi possível obter resultados satisfatórios em relação à utilização do Ag3PO4 em fotorreatores solares. Para obter melhores resultados comparativos seria necessário modificações no sistema utilizado, como o aumento na vazão, para tentar utilizar efetivamente toda a massa de catalisador, pois no sistema utilizado ocorre sedimentação de parte da massa utilizada. Os resultados foram positivos indicando a possibilidade de ativar o catalisador Ag3PO4 com radiação solar, o que indica um caminho importante no desenvolvimento de tecnologia para processos de fotodegradação catalítica em reatores solares. / Water reservoirs, such as rivers and lakes are extremely important to maintain life through the provision of water for basic needs of human beings. Moreover, they also serve as the final destination of the byproducts of human activities such as domestic and industrial effluents. Since they have opposite functions it is necessary to develop technologies capable of minimizing the pollution impacts of the byproducts of human activities. Since the treatment of waste waters by conventional processes is not always effective, advanced oxidation processes have been the focus of several studies. Among these processes, heterogeneous photocatalysis has found an outstanding rule. This study aims at an evaluation of Ag3PO4 as a catalyst in the heterogeneous photocatalysis to degrade phenol dissolved in water. Phenol-in-water solutions has been adopted as a model contaminant in this study. The performance of the catalyst was evaluated using a xenon lamp as the source of artificial irradiation. In the absence of oxygenation, total degradation of phenol was observed in 120 minutes of reaction using the Ag3PO4 catalyst, while only 30% of the initially contained phenol was degraded when the conventional TiO2 P25 catalyst was used. Tests were also carried out in a solar reactor with CPC type collectors. These tests indicated that the Ag3PO4 catalyst can be a feasible alternative to conventional catalysts. The tests also indicated the need for further development of the catalyst production process, in order to generate smaller particles, with less tendency to settle down, and with larger specific surface area, The results were positive indicating the possibility of activating the catalyst Ag3PO4 with solar radiation, which indicates an important pathway in the development of technology for catalytic photodegradation in solar reactors.

Efluentes contendo resíduos perigosos ou substâncias orgânicas recalcitrantes são geradas em uma ampla variedade de processos industriais. O manejo inadequado destes efluentes pode causar contaminação das águas superficiais e subterrâneas. O seu tratamento por processos convencionais muitas vezes não é eficiente, por vezes impedindo o despejo ou reutilização de águas em unidades industriais. Os processos oxidativos avançados têm sido o foco de vários estudos em busca de alternativas viáveis para o tratamento de águas residuais contendo contaminantes orgânicos tóxicos, ou recalcitrantes. No presente estudo, o processo foto-Fenton é abordado, com a utilização de luz solar como fonte de fótons. O estudo consistiu de uma etapa de experimentos em um reator solar provido de coletores parabólicos compostos (CPC), ligados a um tanque agitado equipado com lâmpadas elétricas. Este sistema de operação foi utilizado em diferentes configurações, como operação em batelada ou contínuo, com variação de área irradiada por luz solar e com variação da potência total das lâmpadas no tanque. Na maior parte dos experimentos, com o reator operando em regime batelada, mais de 90% do carbono orgânico dissolvido (COD) foi removido em menos de 3 horas de irradiação solar, um desempenho equivalente ao de reatores baseados em fontes de luz artificial. Os dados experimentais foram usados no ajuste de modelos matemáticos empíricos baseados em redes neurais para simulação da taxa de remoção de COD em função das condições experimentais. Este modelo foi combinado com balanços de massa, que permite simular o desempenho do reator para diferentes valores das variáveis operacionais e de projeto. Os resultados das simulações do modelo mostraram boa concordância com os dados experimentais para a maioria dos casos. Além de evidenciar a relação entre as variáveis de processo, os resultados obtidos possibilitam identificar aspectos importantes no projeto de reatores baseados em radiação solar para tratamento de efluentes. / Wastewaters containing hazardous, or recalcitrant organic substances are generated in a wide variety of industrial processes. The inadequate management of these effluents can cause contamination of underground and surface water. Their treatment by conventional processes may not be technically efficient, and usually prevents effluents from being discarded or reused in industrial processing units. Photochemical advanced oxidation technologies can be a feasible alternative for wastewater treatment. In this study the photo-irradiated Fenton process is considered, with the aim of utilizing solar radiation as a photon source to the process. The study comprised experiments carried out in a solar reactor based on compound parabolic collectors (CPC) connected to a stirred tank equipped with electric lamps. This reaction system operated under different conditions, and different configurations (continuous and batch operation, different solar irradiated area, different electric power for the light sources in the stirred tank). In general, the performance of the solar reactor was similar to the performance of reactors based on electric light sources (for instance, in batch operation more than 90% of the dissolved organic carbon in solution (DOC) was removed in less than 3 hours). The experimental results were used to fit a neural network-based mathematical model to simulate the DOC removal rate as a function of the experimental conditions. This model was combined with mass balances, enabling to simulate the reactor performance for different values of the operating and design variables. The model results showed good agreement with most of the experiments. The simulation results enabled to evaluate the effect of the variables included in the study, and to identify important aspects related to reactor performance under different conditions of solar radiation and electric energy sources.

Efluentes contendo resíduos perigosos ou substâncias orgânicas recalcitrantes são geradas em uma ampla variedade de processos industriais. O manejo inadequado destes efluentes pode causar contaminação das águas superficiais e subterrâneas. O seu tratamento por processos convencionais muitas vezes não é eficiente, por vezes impedindo o despejo ou reutilização de águas em unidades industriais. Os processos oxidativos avançados têm sido o foco de vários estudos em busca de alternativas viáveis para o tratamento de águas residuais contendo contaminantes orgânicos tóxicos, ou recalcitrantes. No presente estudo, o processo foto-Fenton é abordado, com a utilização de luz solar como fonte de fótons. O estudo consistiu de uma etapa de experimentos em um reator solar provido de coletores parabólicos compostos (CPC), ligados a um tanque agitado equipado com lâmpadas elétricas. Este sistema de operação foi utilizado em diferentes configurações, como operação em batelada ou contínuo, com variação de área irradiada por luz solar e com variação da potência total das lâmpadas no tanque. Na maior parte dos experimentos, com o reator operando em regime batelada, mais de 90% do carbono orgânico dissolvido (COD) foi removido em menos de 3 horas de irradiação solar, um desempenho equivalente ao de reatores baseados em fontes de luz artificial. Os dados experimentais foram usados no ajuste de modelos matemáticos empíricos baseados em redes neurais para simulação da taxa de remoção de COD em função das condições experimentais. Este modelo foi combinado com balanços de massa, que permite simular o desempenho do reator para diferentes valores das variáveis operacionais e de projeto. Os resultados das simulações do modelo mostraram boa concordância com os dados experimentais para a maioria dos casos. Além de evidenciar a relação entre as variáveis de processo, os resultados obtidos possibilitam identificar aspectos importantes no projeto de reatores baseados em radiação solar para tratamento de efluentes. / Wastewaters containing hazardous, or recalcitrant organic substances are generated in a wide variety of industrial processes. The inadequate management of these effluents can cause contamination of underground and surface water. Their treatment by conventional processes may not be technically efficient, and usually prevents effluents from being discarded or reused in industrial processing units. Photochemical advanced oxidation technologies can be a feasible alternative for wastewater treatment. In this study the photo-irradiated Fenton process is considered, with the aim of utilizing solar radiation as a photon source to the process. The study comprised experiments carried out in a solar reactor based on compound parabolic collectors (CPC) connected to a stirred tank equipped with electric lamps. This reaction system operated under different conditions, and different configurations (continuous and batch operation, different solar irradiated area, different electric power for the light sources in the stirred tank). In general, the performance of the solar reactor was similar to the performance of reactors based on electric light sources (for instance, in batch operation more than 90% of the dissolved organic carbon in solution (DOC) was removed in less than 3 hours). The experimental results were used to fit a neural network-based mathematical model to simulate the DOC removal rate as a function of the experimental conditions. This model was combined with mass balances, enabling to simulate the reactor performance for different values of the operating and design variables. The model results showed good agreement with most of the experiments. The simulation results enabled to evaluate the effect of the variables included in the study, and to identify important aspects related to reactor performance under different conditions of solar radiation and electric energy sources.