Degradação de efluente sintético e natural: influência da natureza e do método de preparo do fotocatalisador

Abstract

As estações de tratamento utilizadas pelas fábricas são constituídas por processos de degradação biológica, filtração, adsorção ou degradação química. Porém em alguns sistemas de tratamento os contaminantes só passam de uma etapa pra outra sem que sejam modificados. Atualmente, na degradação química o que se destaca são os processos oxidativos avançados (POA's) por não produzirem resíduos sólidos em seu processo de degradação além de garantir resultados satisfatórios na mineralização dos poluentes orgânicos. A fotocatálise heterogênea, um dos POA's, nada mais é que a combinação entre fotoquímica e a catálise, onde a radiação e um semicondutor são necessários para proporcionar a transformação dos compostos químicos. A fim de contribuir com as alternativas de tratamento avançado de efluentes de indústrias têxteis, objetivou-se o estudo das variações morfológicas do pentóxido de nióbio preparados por diferentes metodologias avaliando a sua atividade fotocatalítica com corantes individuais, com a mistura dos mesmos considerando o efeito sinérgico entre eles e com o efluente real. Os testes com o efluente real foram acompanhados por análise de demanda química de oxigênio, carbono orgânico total, citotoxicidade e fitotoxicidade. Cinco catalisadores foram utilizados, ZnO mássico, ZnO depositado na zeólita Y, NbxOY precipitado, NbxOY precipitado com a zeólita Y e por fim o Nb2O5 obtido por meio da hidratação térmica do HY-340. Estes primeiro foram testados com solução de três corantes individuais, avaliando a capacidade fotocatalítica dos semicondutores sintetizados, em seguida foi feito teste com os corantes combinados, avaliando o comportamento dos catalisadores sob o efeito sinérgico dos corantes e por fim do efluente in natura coletado na Lavanderia Nova viii Maringá. Os catalisadores foram caracterizados por DRX, BET, MEV, espectroscopia fotoacústica e pHzpc. Já as amostras de corante tratadas foram analisadas por espectroscopia de varredura e as amostras do efluente in natura foi analisada por análises de DQO, COT, citotoxicidade e fitotoxicidade, além da varredura. Como as amostras submetidas aos testes de toxicidade continham catalisador em suspensão, um branco dos testes de citotoxicidade e fitotoxicidade foi feito somente com os catalisadores em suspensão na mesma concentração utilizada nos testes fotocatalíticos. Nos testes fotocatalíticos com os corantes individuais os catalisadores mássicos tiveram resultados mais satisfatórios. Na combinação dos corantes foi visto que o corante amarelo teve melhor decomposição do que quando analisado individualmente. Porém o efeito sinérgico dos corantes em mistura sem alteração de pH reduziu a degradação da maior parte dos casos estudados. Os resultados obtidos com as amostras do efluente apresentam evoluções positivas e negativas de DQO, tendo como melhores resultados os obtidos com o catalisador Nb2O5H. Na análise de COT, o catalisador que obteve o melhor resultado foi o Nb2O5H e os catalisadores com zinco na composição tiveram resultados divergentes, pois o zinco é um composto que causa interferência no Kit utilizado. Assim, este trabalho contribui com as novas formas no modo de preparo dos fotocatalisadores de nióbio que tem eficiência comprovada ao serem aplicados em processos de oxidação avançada para o tratamento refinado de efluente têxtil

The treatment plants used by factory are constituted by biological degradation processes, filtration, adsorption or chemical degradation. However in some treatment systems the contaminants only pass from one stage to another without being modified. Nowadays, in chemical degradation, what stands out are the advanced oxidative processes (AOP's) that gain focus because they do not produce solid waste in their degradation process, besides guaranteeing satisfactory results with mineralization of organic pollutants. Heterogeneous photocatalysis, one of the AOP's, is a combination of photochemistry and catalysis, where radiation and a semiconductor are needed to provide the transformation of chemical compounds. To contribute with the alternatives of advanced treatment of textile industries effluents, the objective was to study the morphological variations of niobium pentoxide prepared by different methodologies by evaluating their photocatalytic activity with individual dyes, with the mixture thereof considering the synergistic effect between them and with the real effluent. The tests with the real effluent were accompanied by analysis of chemical oxygen demand, total organic carbon, cytotoxicity and phytotoxicity. Five catalysts were used, bulk ZnO , ZnO deposited on zeolite Y, precipitated NbxOy, NbxOy precipitated with zeolite Y and finally Nb2O5 obtained by means of the thermal hydration of HY-340. These were first tested with a solution of three individual dyes, evaluating the photocatalytic capacity of the synthesized semiconductors, followed by a test with the combined dyes, evaluating the behavior of the catalysts under the synergistic effect of the dyestuffs and finally the in natura effluent collected in the Lavanderia Nova Maringá. The catalysts were characterized by XRD, BET, SEM, photacoustic x spectroscopy and pHzpc. The treated dye samples were analyzed by scanning spectroscopy and the in natura effluent samples were analyzed with COD, TOC, cytotoxicity and phytotoxicity, in addition to the scanning. As the samples submitted to the toxicity tests contained suspension catalyst, a blank cytotoxicity and phytotoxicity tests were done only with the suspended catalysts at the same concentration used in the photocatalytic tests. In the photocatalytic tests with the individual dyes the bulk catalysts had more satisfactory results. In the combination of the dyes it was seen that the yellow dye had better decomposition than when analyzed individually. However, the synergistic effect of the dyes in a mixture without pH change reduced the degradation of most of the studied cases. The results obtained with the effluent samples show positive and negative COD evolution, having the best results obtained with the Nb2O5H catalyst. In the TOC analysis, the catalyst that obtained the best result was Nb2O5H and the catalysts with zinc in the composition had divergent results, since the zinc is a compound that causes interference in the Kit used. Thus, this work contributes to the new forms in the preparation mode of the niobium photocatalysts that has proven efficiency when applied in advanced oxidation processes for the refined treatment of textile effluent