AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS

Para o TiO2 dopado com nitrogênio e carbono a degradação foi realizada para cada solução de corantes, com radiação solar artificial (sunlight). Já para TiO2 suportado em PET e

malha de alumínio foram realizados estudos de degradação da mistura dos corantes AT e VB, com radiação UVC e solar natural.

3.4.1 Avaliação dos processos adsortivo e oxidativo avançados utilizando TiO2 dopado

com nitrogênio e carbono com radiação solar artificial (sunlight)

Foram preparadas soluções aquosas na concentração de 20 mg.L-1 de cada um dos corantes (vermelho bordeaux e amarelo tartrazina). Os sistemas utilizados para o tratamento foram fotólise, sunlight/TiO2P25, sunlight/C/N/TiO2, sunlight/C/N/TiO2-350-O2 e

sunlight/C/N/TiO2-800-N2, em batelada.

Os experimentos foram realizados utilizando-se células de vidro Pyrex, cilíndricas (5,5 cm de altura, 6,0 cm de diâmetro), com 250 mL de capacidade, sob agitação constante de 600 rpm, para cada processo supracitado. Os volumes de 125 mL da solução aquosa de corante foram transferidos para células de vidro e, em seguida, foram adicionados 62,5 mg de catalisador, em suspensão conforme Matos et al. (2010). Foram avaliados os processos adsortivo e fotocatalítico de cada catalisador.

Inicialmente foi realizado ensaio adsortivo, no tempo de 60 min. Foram coletadas 2 mL das amostras nos tempos de 5; 10; 15; 20; 30; 45 e 60 min de acordo com o recomendado por Matos et al. (2016). As amostras nos tempos de 5, 15, 30 e 60 min e foram retiradas de uma célula e os demais tempos de outra célula. Esse procedimento foi realizado em duplicata. Posteriormente, as amostras foram submetidas a tratamento fotocatalítico, no intervalo de tempo de 1 a 360 minutos conforme Silva (2016). As amostras foram expostas à radiação utilizando um simulador solar light (XPS-330), com uma lâmpada de xênonio (Xe) que emite o espectro solar (fluxo de fótons de cerca de 3,2 fótons.m-2.s-1), com intensidade de radiação total de 250 W.m-2. Todas as amostras foram coletadas, filtradas em membrana de acetato de celulose de 45 μm e submetidas à análise por espectrofotômetro UV-Visível. O procedimento de retirada de amostras seguiu o critério do estudo de adsorção. Antes de utilizar os filtros foi realizado um processo de saturação da membrana com a solução estoque de cada corante.

3.4.2 Avaliação da fotocatálise heterogênea utilizando PET e malha de alumínio com radiação ultravioleta

A concentração da solução de cada corante foi determinada em relação a média dos dados obtidos do trabalho de Jodat e Jodat (2014) e Santos et al. (2015) que estudaram a degradação do AT, e utilizaram uma concentração do corante de 20 mg.L-1 e 50 mg.L-1, respectivamente. Sendo assim, foi utilizado neste trabalho a concentração de 35 mg.L-1 de cada corante. A solução de trabalho (70 mg.L-1) foi obtida a partir de diluições de uma solução estoque de 1400 mg.L-1, que continha 700 mg.L-1 de cada corante. Os corantes foram pesados e dissolvidos separadamente sendo as soluções transferidas para o mesmo balão de 1 L, tendo seu volume aferido com água destilada. Esta solução foi armazenada sob refrigeração na ausência de luz.

Foram realizados experimentos preliminares de degradação para a mistura dos corantes VB e AT em reator, em batelada, visando a seleção do processo oxidativo avançado que apresentasse maior eficiência de degradação. Na Figura 6(a) está apresentado o reator que consiste de uma câmara de 68 x 14 x 26 cm de dimensões internas, revestida internamente por material metálico refletivo e contendo uma lâmpada UVC (marca Tovalight, 20 W) no teto. Foi medido a intensidade de radiação de 8,3 W.m-2 que foi aferido com medidor de radiação MRUR-203, da Instrutherm Ltda. Já os experimentos com radiação solar natural (Figura 6(b)) foram realizados em Recife-PE (8˚04´03´´ S; 34˚55´00´´W) das 9:00 às 15:00, na faixa de radiação do visível de 14,3 a 16,5 W.m-². Também foram realizados sistemas sem exposição à radiação. O reator

Figura 6 – Representação do sistema de tratamento. (a) Reator fotocatalítico de bancada e (b) Design do sistema com catalisador imobilizado.

(a) (b)

Os experimentos foram realizados utilizando células de vidro Pyrex cilíndricas (5,5 cm de altura e 9,0 cm de diâmetro), com capacidade volumétrica de 400 mL, no sistema e processos supracitados. O volume utilizado para o tratamento foi de 300 mL da solução aquosa de mistura de corantes para cada célula de vidro. Conforme cada sistema, foram adicionados H2O2 e TiO2 em suspensão (TiO2) ou TiO2 suportado (TiO2Sup) em PET ou malha de alumínio.

Os sistemas utilizados nos processos de degradação da mistura dos corantes vermelho

bordeaux e amarelo tartrazina estão descritos na Tabela 7.

Tabela 7- Sistemas utilizados no processo de degradação da mistura dos corantes nos experimentos

preliminares.

Sem radiação Radiação UVC Radiação solar natural

TiO2 suspensão  H2O2  TiO2  H2O2/TiO2  UVC  UVC/H2O2  UVC/TiO2  UVC/H2O2/TiO2  Solar  Solar/ H2O2  Solar/TiO2  Solar/H2O2/TiO2

TiO2 suportado no PET

 TiO2Sup  H2O2/TiO2Sup

 UVC/TiO2Sup  UVC/H2O2/TiO2Sup

 Solar /TiO2Sup  Solar/H2O2/TiO2Sup

TiO2 suportado em malha de alumínio

 H2O2/TiO2Sup.ac  H2O2/TiO2Sup.cal  H2O2/TiO2Sup.ac+cal

 UVC/H2O2/TiO2Sup.ac  UVC/H2O2/TiO2Sup.cal  UVC/H2O2/TiO2Sup.ac+cal

 Solar/H2O2/TiO2Sup.ac  Solar/H2O2/TiO2Sup.cal  Solar/H2O2/TiO2Sup.ac+cal

Fonte: A Autora (2019).

A quantidade de H2O2 adicionada aos sistemas foi definida de acordo com o balanço estequiométrico da mistura de corantes vermelho bordeaux e amarelo tartrazina (Equações 39 e 40), sendo sua concentração igual a 5,79 mmol.L-1. A padronização da solução de H2O2 (50 % v/v, Coremal/ Pochtega) foi realizada com KMnO4 (1mol.L-1) (99%, química moderna) em meio acidificado com H2SO4 (10%), marca química moderna com 98% de pureza.

2 C20H11N2Na3O10S3 + 71 H2O2 → 40 CO2 + 82 H2O + 6 Na + 2 N + 6 S (39)

Para os sistemas contendo TiO2 foram utilizados 100 mg do fotocatalisador para 300 mL de solução, ou seja, concentração de 333 mg.L-1, visando evitar a turbidez da solução no sistema com o TiO2 em suspensão conforme Santos et al. (2018) e Zangeneh et al. (2015). Para os experimentos com TiO2 foi necessário esperar 60 minutos sem radiação, sob agitação 1000 de rpm, para estabilizar o processo adsortivo antes do início da retirada das alíquotas de acordo Hadnadjev-kostic et al. (2017). Para eliminar a possibilidade de interferência nas análises, esperou-se decantar, e a amostra foi coletada do sobrenadante. Esses ensaios foram realizados em duplicata.

Durante a realização dos experimentos, foram coletados 2 mL da solução. Quantificou-se as amostras das soluções para acompanhamento do processo de degradação, nos tempos de 1, 5, 10, 30, 60, 120, 240, 300 e 360 minutos (SILVA, 2016), utilizando-se o espectrofotômetro UV-Visível.

3.5 PLANEJAMENTO FATORIAL PARA OS SISTEMAS COM TIO2 SUPORTADO EM