Sistemas heterogêneos de processos oxidativos avançados

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Sistemas heterogêneos de processos oxidativos avançados
Larissa P. Silva
Prof. Dr. Rafael Arromba de Sousa
Instituto de Ciências Exatas 
Departamento de Química Química Ambiental
INTRODUÇÃO
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A poluição do meio ambiente por efluentes industriais tem aumentado gradativamente nas últimas décadas, tornando‐se um grave problema social e ambiental. Os resíduos produzidos em geral, frequentemente contém poluentes tóxicos e resistentes aos sistemas convencionais de tratamento (coagulação/floculação; adsorção com carvão ativado; precipitação; degradação biológica, dentre outros)
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Introdução
Geração de fases sólidas: LODOS
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De maneira geral, os procedimentos citados permitem uma depuração dos efluentes, entretanto, as substâncias contaminantes não são degradadas ou eliminadas, mas apenas transferidas para uma nova fase. Nestas novas fases, embora o volume seja significativamente reduzido, continua persistindo o problema, pois os poluentes encontram‐se concentrados, sem serem efetivamente degradados.
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Introdução
Uma outra forma de remediação de águas residuárias é o tratamento biológico, entretanto, ele não reduz eficientemente outros parâmetros como cor e toxicidade crônica
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O tratamento biológico é um processo por meio do qual a matéria orgânica presente nos efluentes industriais é degradada e digerida por microrganismos
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INTRODUÇÃO
Neste cenário os tratamentos químicos vêm apresentando uma enorme aplicabilidade em sistemas ambientais como purificação de ar, desinfecção e purificação de água e efluentes industriais.
Processos Oxidativos Avançados - POAs
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INTRODUÇÃO
POAs
Utilizam da geração de espécies altamente oxidantes em geral radicais hidroxila ( OH), para promover uma degradação mais efetiva do poluente a ser tratado.
Podem ser utilizados em conjunto com tratamentos biológicos.
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Processos oxidativos avançados, os quais utilizam da geração de espécies altamente oxidantes em geral radicais hidroxila, para promover uma degradação mais efetiva do poluente a ser tratado. Os Processos Oxidativos Avançados podem ser utilizados em conjunto com tratamentos biológicos para aumentar a biodegradabilidade de compostos recalcitrantes, diminuindo o tempo de tratamento dos tradicionais processos biológicos
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introdução
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Os POA’s introduzem importantes modificações químicas no substrato, podendo inclusive levar a sua completa mineralização
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INTRODUÇÃO
Sistemas típicos de Processos Oxidativos Avançados 
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Sistemas heterogêneos 
Os processos heterogêneos são caracterizados pela introdução de uma forma catalítica em suspensão no meio reacional, ou seja, quando o catalisador se apresenta numa fase distintas dos reagentes e produtos. Essas espécies catalíticas podem ser óxidos de metais semi condutores como ZnO e TiO2.
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
A degradação fotocatalisada é conseguida com o auxílio de um fotocalisador.
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A degradação fotocatalisada é conseguida com o auxílio de um fotocalisador, no caso um semicondutor, e envolve a fotoexcitação dessas partículas de semicondutor por radiação UV fazendo com que um elétron da banda de valência (BV) seja transferido para a banda de condução (BC) resultando na criação de vacâncias (h+ ) na banda de valência e elétrons na banda de condução. 
Com o elétron promovido para a BC e com a lacuna (h+ ) gerada na BV, criam‐se sítios oxidantes e redutores capazes de catalisar reações químicas, que podem ser utilizadas no tratamento de espécies contaminantes e efluentes industriais (
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
O par elétron formado na superfície do catalisador e o oxigênio dissolvido na solução podem iniciar um processo de oxidação das substâncias presentes em solução 
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Para os processos fotoquímicos a transparência óptica do líquido a ser tratado é de grande importância. Com o aumento da turvação a eficácia da ativação dos oxidantes através dos raios ultravioleta diminui devido à absorção da radiação ultravioleta por outras substâncias contidas no meio reacional 
A adsorção   de   fótons   com  energia  resulta na promoção de um elétron da banda de valência para a banda de condução com geração de uma lacuna (h+ ) na banda de valência (eq.18) (Ziolli e Jardim, 1998). Os potenciais adquiridos são suficiente para gerar radicais . OH a partir de moléculas de água adsorvidas    na superfície do semicondutor os quais podem subsequentemente oxidar o contaminante orgânico. A eficiência da fotocatálise depende da competição entre o processo em que o elétron é retirado da superfície do semicondutor pelo oxigênio. Quando há a recombinação resulta na liberação de calor e a desativação do processo
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
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A adsorção   de   fótons   com  energia  resulta na promoção de um elétron da banda de valência para a banda de condução com geração de uma lacuna (h+ ) na banda de valência (eq.18) (Ziolli e Jardim, 1998). Os potenciais adquiridos são suficiente para gerar radicais . OH a partir de moléculas de água adsorvidas    na superfície do semicondutor os quais podem subsequentemente oxidar o contaminante orgânico. A eficiência da fotocatálise depende da competição entre o processo em que o elétron é retirado da superfície do semicondutor pelo oxigênio. Quando há a recombinação resulta na liberação de calor e a desativação do processo
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
POA’s + Tratamento biológico
Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2)
Dióxido de titânio
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tio2/uv/h2o2
Vantagens uso de H2O2
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Processos oxidativos combinados podem contribuir para a remoção da matéria orgânica
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DESVANTAGENS:
Taxa de oxidação química do poluente é limitada pela taxa de formação dos radicais hidroxila e ser dependente da matéria orgânica presente e da quantidade de oxidante adicionado ao sistema 
Receptor de radicais hidroxilas, em grande quantidade diminui a eficiência catalítica 
tio2/uv/h2o2
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Fotocatálise com dióxido de titânio (TiO2) - tio2/uv/h2o2
APLICAÇÕES:
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Acoplamento dos POAs com eletroquímica: PEOAs.
Grande eficiência na descontaminação de águas residuais contaminados com VOCs, corantes orgânicos sintéticos, e outros poluentes industriais .
Tecnologias ambientalmente limpa e produzem grandes quantidades de •OH sob controle da corrente aplicada
ELETRO-FENTON
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ELETRO-FENTON
PROCESSO FENTON:
REAGENTE FENTON
Desvantagem na aplicação em larga escala no tratamento das águas residuais: custo relativamente alto e o risco associado ao transporte e movimento de H2O2 concentrado comercial
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Para contornar este inconveniente, tem sido proposta a eletrogeração de H2O2, principalmente por redução catódica de O2 in situ em eletrodos de difusão gasosa
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O H2O2 é produzido dentro do sistema, e o uso do Fe3+ potencializa o poder de ação do •OH no meio reacional.
 Em paralelo, os íons de ferro quando adicionados à água contaminada ou incorporados nos eletrodos de materiais adequados, geram H2O2, e consequentemente •OH através de reações Fenton
ELETRO-FENTON
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o EF favorece a formação contínua de H2O2 através de uma equação de redução de O2 
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ELETRO-FENTON
REGENERAÇÃO DE FERRO (II)
O sistema EF evita a adição de H2O2 e mantém uma concentração constante de H2O2
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ELETRO-FENTON
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Existem dois processos para oxidação de orgânicos, o processo da oxidação direta, que ocorre diretamente no ânodo pela geração de O2 fisicamente adsorvido na forma de •OH adsorvidos, ou O2 quimicamente adsorvido (O2 em forma de óxido, MOx). A adsorção do O2 causa a completa mineralização/combustão das matérias orgânicas, e o O2 adsorvido, formado na superfície do metal oxidado e/ou depositado, participa da oxidação seletiva dos compostos orgânicos. E o segundo processo, é a eletro-oxidação indireta, que auxilia na geração de cloro e hipoclorito em soluções salinas, produzidos no anodo, e que, por sua vez, destroem os agentes poluentesorgânicos
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ELETRO-FENTON
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Eletro-fenton
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Eletro-fenton
Amostras coletadas durante os experimentos mostrando a evolução do processo EF.
Referências 
BRITO, N. N.; SILVA, V. B. M.; Advanced oxidative process and environmental application; REEC, V. 1, n. 3, 2012.
SILVA, T. C. F.; Processos oxidativos avançados para tratamento de efluentes de indústria de celulose Kraft branqueada; Viçosa, 2007.
IGLESIAS, O. et al.; Heterogeneous electro-Fenton treatment: preparation, characterization and performance in groundwater pesticide removal; Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2015.
Geraldino et al.; DEGRADAÇÃO DE EFLUENTE TÊXTIL POR MEIO DE PROCESSO ELETRO-FENTON USANDO ELETRODO DE DIFUSÃO GASOSA (EDG) PARA GERAÇÃO IN SITU DE H2O2 - http://www.abq.org.br/cbq/2017/trabalhos/4/11885-25139.html Acesso em 18/11/2018
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