5.3.2 Alvejamento eletroquímico via oxidação de íons cloreto
5.3.2.1 Determinação da Quantidade de Cloro Ativo
Quando os compostos formados ao final do processo são mais tóxicos que os anteriores, o processo de oxidação com 𝐶𝑙 se torna inaceitável para aplicação industrial (GUTIÉRREZ; CRESPI, 1999). Desta forma, foi necessário analisar a quantidade de 𝐶𝑙 residual proveniente das soluções de oxidação de íons cloreto com o intuito de avaliar se o processo reverso para obtenção de cloretos seria necessário. As análises de cloro ativo foram realizadas nas reações que forneceram aos tecidos de malha os melhores grau de branco partindo dos cloretos de 𝑁𝑎𝐶𝑙 e 𝐾𝐶𝑙. A quantidade de cloro ativo disponível ao final de uma solução de alvejamento pode ser calculada via metodologia de análise de volumetria redox, a qual envolve a redução do iodo baseada na semirreação descrita na Equação 20. Na iodometria,
Reagentes Efluente contaminado Tempo (minutos) Grau de Branco (° Berger) 60 71 45 66
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o iodo é um agente oxidante moderadamente forte e pode ser utilizado para titular um agente redutor.
𝐼2+ 2𝑒− → 2𝐼− 𝐸𝑜 = 0,535 𝑉 (Equação 20)
A reação referente ao iodo liberado titulado com a solução de 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 em presença de amido pode ser descrita pela Equação 21.
𝐼3−+ 2𝑆2𝑂32− → 3𝐼−+ 𝑆4𝑂62− (Equação 21)
As reações conduzidas por 45 minutos partindo de 𝑁𝑎𝐶𝑙 como eletrólito geraram um valor médio de cloro ativo em torno de 0,0744%, após o alvejamento do tecido. Para os testes de 60 minutos na presença deste mesmo sal, bem como para os testes de 45 e 60 minutos utilizando 𝐾𝐶𝑙, não foi possível obter a quantidade de cloro ativo na solução.
A incapacidade de detecção de 𝐶𝑙 por meio da técnica de titulação nas soluções descritas fornece a ideia de que a quantidade de 𝐶𝑙𝑂− gerada no meio foi similar à quantidade
necessária para branquear o tecido até o grau desejado. Sendo assim, não há necessidade de realizar o processo inverso com o intuito de converter o cloro ao 𝑁𝑎𝐶𝑙 ou 𝐾𝐶𝑙 novamente já que não houve excesso de cloro ativo no meio.
5.3.3 Hidrofilidade
A hidrofilidade das amostras foi estudada com o intuito de entender como o tecido sofreria ou não alterações em suas propriedades de absorção após ser sujeito à um sistema eletroquímico. Esta análise é importante por conta dos processos posteriores que o material poderá estar sujeito, sendo portanto, um parâmetro importante a ser analisado. Os dados referente a hidrofilidade dos tecidos alvejados convencionalmente podem ser observados na Tabela 14.
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Tabela 14 – Hidrofilidade dos tecidos de malha antes e depois do alvejamento convencional Tempo para completa umectação (segundos)
𝑯𝟐𝑶𝟐 𝑵𝒂𝑪𝒍𝑶 Ausência de auxiliares Presença de auxiliares Ausência de auxiliares Presença de auxiliares 47 0 58 0 Fonte: Autor (2019).
Na presença de auxiliares, percebe-se que a umectação foi instantânea para os alvejamentos convencionais, comprovando a eficiência dos produtos. As análises referentes ao processo com íons cloreto formando 𝐶𝑙𝑂− forneceram alteração na hidrofilidade nos testes de
variação da quantidade de eletrólito e tempo reacional, as quais podem ser observadas na Tabela 15.
Tabela 15 – Hidrofilidade dos tecidos de malha após tratamento eletroquímico envolvendo eletrogeração de íons cloreto
Quantidade de eletrólito (g/L) Tempo reacional (minutos)
Tempo para completa umectação (segundos)
𝑁𝑎𝐶𝑙 𝐾𝐶𝑙 Reação Controle Reação Eletroquímica Reação Controle Reação Eletroquímica 10 15 184 202 192 142 20 15 215 >600 172 121 30 15 176 360 138 90 40 15 61 >600 69 41 30 30 >600 156 132 38 30 45 >600 180 154 28 30 60 550 300 170 50 Fonte: Autor (2019).
Sabendo que o tecido de malha cru possui hidrofilidade superior a 600 segundos, os dados da Tabela 15 fornecem informações que comprovam a eficácia dos processos eletroquímicos em tornar o substrato menos hidrofóbico, facilitando assim, os processos
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posteriores da cadeia têxtil. Apesar disso, quando comparado ao processo convencional na presença de auxiliares, no qual a absorção da água ocorre instantaneamente à aplicação da gota, o processo eletroquímico não se mostrou tão efetivo quanto o convencional.
5.3.4 Perda de massa
A perda de massa foi constantemente monitorada com o intuito de analisar se as amostras sujeitas aos processos convencionais e principalmente eletroquímicos, sofriam perda de suas fibrilas. Uma variação considerável na perda de massa do tecido provavelmente representa que a celulose está sendo degradada e o substrato está tendo suas propriedades alteradas, fator que é indesejado em um processo têxtil. Os maiores índices de perda de massa obtidos nos experimentos analisados se aproximaram a 1% quando comparado a massa original do tecido sem tratamento. O percentual associado foi considerado de possível descarte e a perda foi definida como não importante para os processos realizados.
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ALVEJAMENTO CONVENCIONAL E ELETROQUÍMICO
Similar a metodologia (PANIZZA et al., 2007), resultados mais satisfatórios alcançando melhorias na brancura de até 80%, foram obtidos envolvendo a eletrogeração de cloro ativo. Apesar de ocorrer o branqueamento dos tecidos de malha em quase todas as condições testadas no trabalho, somente os testes de oxidação na presença de eletrólito com íons cloreto são passíveis de comparação com o método convencional de alvejamento. Esta análise comparativa está descrita na Tabela 16.
Tabela 16 - Análise comparativa entre processo convencional utilizando hipoclorito de sódio e processo eletroquímico alternativo eletrogerando íons cloreto
Processo reacional Tempo pH oxidanteAgente a Cloro ativob Temperatura Grau de Branco
Convencional 60 min 9,5 6%c 0,5% 25 °C 71
𝑁𝑎𝐶𝑙 45 min 10 - 0,07% 25 °C 66
𝐾𝐶𝑙 45 min 10 - 0 25 °C 64
aQuantidade de agente oxidante adicionado. Porcentagem calculada sobre o peso do material. bQuantidade medida ao final da reação, cloro ativo residual.
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Na Tabela 16 é possível verificar o ganho obtido em tempo reacional quando compara- se o método convencional com os processamentos eletroquímicos. Grau de branco muito similar ao alvejamento comum é obtido em um intervalo de tempo 33,33% menor.
A não necessidade da adição de agente oxidante, evitando assim, o transporte de reagentes perigosos e instáveis, bem como a diferença nas quantidades de cloro ativo residual que excluem a necessidade de processo de neutralização posterior, fornecem ao estudo um apelo fortemente ambiental. Além disso, evita-se problemas associados ao armazenamento prolongado dos reagentes contendo cloro, o qual provoca diminuição espontânea da concentração de cloro ativo (DAS et al., 2016; HAGE e LIENKE, 2006; VITERO et al., 2017). Com isso, o processo alternativo proposto, com a geração de 𝐶𝑙𝑂− característico,
promove a economia de reagentes, reduz o tempo reacional e permite que o processo de alvejamento seja realizado em menor temperatura que o processo convencional. Além das melhorias associadas, com o processo alternativo obtém-se grau de branco muito próximo ao obtido de maneira convencional.
Apesar de a quantidade dos auxiliares não ter sido estudada neste trabalho, os dados discutidos sugerem a importância desses produtos para obtenção de um processo mais eficiente. Isso porque na presença dos aditivos foi alcançado maior grau de branco devido a maior absorção da solução por parte da fibra.
Quando analisa-se a configuração eletroquímica é possível focar na facilidade de limpeza do sistema bem como sua conservação ao longo do tempo. O arranjo associado possui baixo custo de manutenção e se o processo for realizado corretamente, não há corrosão nem incrustações no equipamento (DAS et al., 2016).
Por fim, uma comparativa entre o método convencional na presença de 𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂, eletroquímico em presença de 𝐻2𝑂2 e eletroquímico em presença de íons cloreto pode ser
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Figura 11 - Análise visual comparativa entre tecido cru (1), tecido alvejado convencionalmente com hipoclorito de sódio (2), alvejado eletroquimicamente em presença de 𝐻2𝑂2 (3) e em presença de íons
cloreto (4)
Fonte: Autor (2019).
6 CONCLUSÃO
Neste trabalho investigou-se a eficiência eletroquímica na eletrogeração de agente oxidante em simultâneo alvejamento de tecido de algodão sujeito à diferentes condições experimentais. Resultados obtidos via eletrólise da água com objetivo de eletrogerar 𝐻2𝑂2 não foram satisfatórios e, com isto, não promoveram um tecido mais branco. Estes dados podem ser justificados pelo potencial de oxidação associado ao sistema que promove o acontecimento de outras reações que não a de eletrogeração de 𝐻2𝑂2. As análises referente aos testes de eletrogeração em presença de 𝐻2𝑂2 foram eficientes o suficiente para realizar a comparativa
deste com processos de pré-alvejamento, ou seja, processos em que não há necessidade de branquear o tecido (SANTOS; BARCELLOS; PICCOLI, 2017). Portanto, caso o material têxtil seja destinado ao pré-alvejamento, tingimento de cores lisas menos claras e/ou estamparia destas, o processo descrito se mostra eficiente. Testes de oxidação de íons cloreto formando 𝐶𝑙𝑂− foram satisfatórios alcançando brancura de Berger 66 e por isso, é possível compará-los com o processo convencional. Observa-se que no alvejamento eletroquímico eletrogerando 𝐶𝑙𝑂− leva no máximo 45 minutos para obter grau de branco satisfatório e similar ao da
indústria. Enquanto isso, no método convencional com este tipo de reagente são necessários cerca de 60 minutos.
Ensaios com diferentes eletrodos permitiram definir o eletrodo de Pt como o mais eficiente. Como não houve variação de corrente aplicada, 2,5 V foi definido como um potencial
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adequado para os testes realizados. O consumo de água e reagentes que possivelmente seriam economizados neste processo são fatores que fornecem grande importância ao estudo.
Resumidamente, os dados apresentados sugerem que o processo eletroquímico é mais viável perante o processo de alvejamento convencional pelos seguintes aspectos:
a. Os eletrodos usados para a instalação têm vida útil longa, a instalação da célula apresenta baixo custo e a configuração desta é simples;
b. O processo é mais seguro pois não envolve o manuseio e transporte de reagentes perigosos e instáveis;
c. O tempo para realização do alvejamento via eletroquímica é cerca de 33% menor, aumentando assim, a produtividade;
d. A técnica eletroquímica é considerada limpa já que não gera resíduos sólidos que necessitem ser posteriormente neutralizados ou tratados;
e. O alvejamento eletroquímico gera maior confiabilidade de processo já que não depende de fornecedores de produtos químicos e nem fica sujeito à perda de cloro ativo nos reagentes, além de possuir baixo risco atrelado à variação do preço destes.
Por fim, entende-se que esse tipo de alvejamento é inovador e representa uma nova fase na indústria de processamento têxtil de substratos de algodão com mais aplicações e mercados a serem explorados. Com isso, o processo proposto pode ser viável para as indústrias têxteis que buscam a redução no consumo de água, reagentes, energia e tempo de processo.
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
a. Analisar o efeito da luz UV na eletrogeração de 𝐻2𝑂2 pois sabe-se que ela facilita o processo de homólise;
b. Investigar o efeito da temperatura no processo;
c. Testar outros materiais como eletrodos e/ou compósitos destes;
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e. Realizar o tingimento e/ou estamparia de cores escuras para o caso de eletrogeração de íons peróxido em presença de 𝐻2𝑂2 comparando-o com o processo de pré-alvejamento;
f. Realizar o tingimento e/ou estamparia de cores claras para o tecido alvejado via oxidação de íons cloreto;
g. Analisar a possibilidade de geração da quantidade necessária de agente oxidante no meio reacional para posterior imersão do tecido;
h. Estudar a viabilidade do emprego de bioprocessos em conjunto;
i. Realizar avaliação da presença de diferentes auxiliares, principalmente umectantes;
j. Estudar a configuração eletroquímica de distância e área superficial dos eletrodos.
k. Analisar o custo associado ao sistema eletroquímico para possível comparação com o processo convencional.
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