A problemática envolvendo os efluentes têxteis decorre principalmente da elevada coloração que apresentam, devido à presença de corantes que além de serem quimicamente estáveis, podem ser tóxicos e/ou carcinogênicos. Logo, quando são descartados in natura no meio ambiente causam problemas estéticos e, sobretudo, ambientais mesmo em baixas concentrações, além da possibilidade de serem nocivos à saúde humana e dos animais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a degradação eletroquímica de dois corantes têxteis, Reativo Azul 19 (RA-19) e o Reativo Preto 5 (RP-5) via Oxidação Anódica (OA), utilizando ânodos de Diamante Dopado com Boro (DDB) suportados em titânio ou em nióbio, via processo Eletro-Fenton (EF) e pela combinação dos processos com H2O2 eletrogerado e OA (CP), usando um eletrodo de Carbono Vítreo Reticulado (CVR) como cátodo. As degradações foram realizadas em célula eletroquímica de um compartimento e em reator de fluxo do tipo filtro-prensa com dois compartimentos. A eficiência das degradações foi monitorada pelas técnicas de espectrofotometria no UV-VIS, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e análise do teor de Carbono Orgânico Total (COT). As variáveis estudadas foram densidade de corrente (10-100 mA cm-2 em célula e 4-41 mA cm-2 em reator), dopagem do eletrodo de DDB/Ti (5.000 e 15.000 ppm B/C), concentração inicial dos íons Fe2+ (0-0,10 mmol L-1) e dos corantes (10-250 mg L-1). As degradações dos corantes apresentaram uma cinética de pseudo ordem zero; exceto quando o corante RP-5 foi degradado pelo processo EF, sendo o melhor ajuste ao modelo de pseudo primeira ordem. Além disso, em iguais condições eletroquímicas o corante RP-5 foi degradado em menor tempo em relação ao RA-19; sendo que em todos os processos estudados os corantes foram totalmente removidos. Considerando a OA em célula com os eletrodos de DDB/Ti, a degradação foi positivamente influenciada pelo aumento da densidade de corrente e dopagem do eletrodo, especialmente em relação a cinética. Além disso, os corantes RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 35 e 50 min de eletrólise quando 100 mA cm-2 foi aplicada ao eletrodo de DDB/Ti dopado com 15.000 ppm relação B/C. Em 2 h, 37% em mineralização foi observado para ambos os corantes e a toxicidade do RA-19 diminuiu contra as bactérias Vibrio fischeri. Ainda nessa condição total mineralização foi alcançada após 8 h de degradação. A remoção de COT foi favorecida utilizando o reator contendo os eletrodos de DDB/Nb e CVR ao invés da célula eletroquímica, chegando a percentuais de 84 e 82% em 30 e 90 min para os corantes RA-19 e RP-5 que foram removidos em 7,5 e 5 min, respectivamente, quando a densidade de 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb durante a degradação via exclusivamente OA. Entre os processos realizados no reator, o EF foi o energeticamente mais favorável, promovendo remoção em COT de 60 e 74% para os corantes RA-19 e RP-5 com consumo energético de 204 e 208 kWh kg-1, além disso, a completa remoção dos corantes ocorreu em 15 e 7,5 min, respectivamente, quando o eletrólito continha íons Fe2+ na concentração de 0,10 mmol L-1 e aplicando-se -0,4 V vs Ag/AgCl ao eletrodo de CVR. Na degradação os corantes via CP o RA-19 e RP-5 foram completamente removidos em 30 e 15 min com mineralização de 72 e 82% em 90 min associada a consumos energéticos de 562 e 745 kWh kg-1, respectivamente, quando 41 mA cm-2 foi aplicada ao DDB/Nb. Por fim, concluiu-se que os resultados das degradações dos corantes foram promissores, já que rápida remoção dos corantes foi observada, além da parcial mineralização. Logo os processos propostos podem ser aplicados na remoção dos corantes em água; sendo necessários realizar mais estudos, principalmente em relação ao material eletródico e configuração do sistema eletroquímico visando a aplicação industrial. / The main problem involving the textile wastewater is theirs high coloration since they present dyes, which are chemically stable and can be toxic and/or carcinogenic. Therefore, when the textile wastewater are discarded in nature in the environment, even in low concentrations, they may cause not only aesthetic and environmental problems, but also can be harmful to human and animal health. In this context, the aim of the study was to evaluate the electrochemical degradation of two textile dyes, Reactive Blue 19 (RB-19) and Black 5 (RB-5) via Anodic Oxidation (AO) using as anodes Boron Doped Diamond electrodes (BDD) supported on titanium or niobium, via Electro-Fenton (EF) process and by combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO (CP) using a Reticulated Vitreous Carbon electrode (RVC) as cathode. The degradations assays were carried out in an electrochemical cell with one compartment and in a filter-press flow reactor with two compartments. The efficiency of degradation was monitored by UV-VIS spectrophotometry, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and analysis of Total Organic Carbon (TOC). The variables studied were current density (10-100 mA cm-2 for cell and 4-41 mA cm-2 for reactor), doping of the BDD/Ti electrodes (5,000 e 15,000 ppm B/C), initial concentration of the Fe2+ ions (0-0,10 mmol L-1) and dyes (10-250 mg L-1). The kinetic results showed that the removal of dyes followed the model of pseudo zero order; except when the RB-5 dye was degraded by EF process, which the best fitted was to pseudo first order model. Furthermore, for equal conditions the RB-5 was degraded in less time in comparison to the RB-19. In addition, the dyes were fully removed in all the processes studied. Regarding the AO in cell with BDD/Ti, the degradation was positively influenced by the increasing in current density and doping of the electrode, primarily the kinetics parameters. In addition, total removal of RB-19 and RB-5 was achieved in 35 and 50 min of electrolysis when 100 mA cm-2 was applied to the electrode doped with 15,000 ppm ratio B/C. In 2 h, 37% in mineralization was attained for both dyes and the toxicity effect of the RB-19 decreased against the bacteria Vibrio fischeri. In this condition, total TOC removed was also reached after 8 h. The TOC removal was enhanced using the reactor fitted with BDD/Nb and RVC instead of the electrochemical cell, achieving TOC removal of 84 and 82% in 30 and 90 min for RB-19 and RB-5 which were removed in 7.5 and 5 min, respectively, when 41 mA cm-2 was applied to the BDD/Nb in the degradation exclusively via AO. Among the processes carried out in the reactor, the EF was the energetically most favourable since TOC removal of 60 and 74% for RB-19 and RB-5 with energy consumption of 204 and 208 kWh kg-1 were noted. In addition, the RB-19 and RB-5 were completely removed in 15 and 7.5 min, respectively, when the electrolyte containing 0.10 mmol L-1 of Fe2+ ions and -0.4 V vs Ag/AgCl was applied to CVR electrode. The combination of processes with electrogenerated H2O2 and AO for degradation of the dyes removed the RB-19 and RB-5 in 30 and 15 min with mineralization of 71.6 and 81.8% in 90 min associated to energy consumptions of 562 and 745 kWh kg-1 respectively, when 41 mA cm-2 was applied to BDD/Nb. Therefore, the degradation results of the dyes were promised since quickly removal of the dyes and partial mineralization were observed hence the proposed processes could be used to remove the dyes from water. However, more studies are needed to enable an industrial application, especially regarding the electrode material and configuration of the electrochemical system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-25112015-092817 |
| Date | 11 September 2015 |
| Creators | Vasconcelos, Vanessa Moura |
| Contributors | Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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