suspensão
A metodologia utilizada neste estudo está descrita no item 2.5.1 deste trabalho. As variáveis estudadas foram: concentração em massa de catalisador na solução de suspensão aquosa, a perda de massa, o número de impregnações sucessivas (quantidade de camadas) realizadas sobre o mesmo suporte de vidro, a estrutura superficial e a atividade fotocatalítica. Os ensaios de degradação da RB foram realizados em triplicata e os resultados apresentados correspondem à sua média. A Tabela 3.6 permite comparar o erro relativo obtido nos experimentos realizados com catalisadores impregnados com diferentes concentrações de TiO2.
Tabela 3.6: Degradação fotocatalítica do corante rodamina B (V = 100 mL, C0 = 20 mg L-1, T = 20oC, pH = 8) utilizando catalisadores preparados com diferentes concentrações de TiO2
Tempo (min) 0,5% C/C0 (Médio) 0,5% Erro (%) 1,5% C/C0 (Médio) 1,5% Erro (%) 3,0% C/C0 (Médio) 3,0% Erro (%) 5,0% C/C0 (Médio) 5,0% Erro (%) 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 0,96445 2,63 0,97313 0,60 0,94639 1,43 0,96769 0,44 20 0,94986 2,95 0,90265 0,34 0,90722 1,18 0,94408 1,27 30 0,91785 1,02 0,84779 0,77 0,87399 0,74 0,90236 2,92 40 0,87735 1,08 0,79960 0,57 0,82588 0,47 0,86523 3,38 50 0,85931 0,64 0,74647 0,18 0,79593 0,36 0,83074 1,95 60 0,83109 0,74 0,70168 0,05 0,76898 0,22 0,78850 1,72
Observa-se que na Tabela 3.6 o erro relativo percentual foi de no máximo 3,38% para o tempo de análise de 40 min, obtido no experimento de degradação da RB utilizando o catalisador preparado com concentração de 5% de TiO2.
3.6.1 Influência da concentração de catalisador na solução de suspensão
A influência da concentração de TiO2 utilizada na suspensão foi estudada. Para isso, variou-se a massa de TiO2 adicionada em 100 mL de água deionizada. A atividade fotocatalítica dos catalisadores suportados foi determinada através da degradação do corante rodamina B que foi detalhado no item 2.7.1.
Os resultados obtidos foram avaliados através da verificação da massa de catalisador depositada por área de placa (suporte de vidro), pelas constantes aparentes de taxa obtidas na degradação, pela porcentagem de degradação da rodamina B e por MEV.
A Tabela 3.7 apresenta os resultados obtidos na impregnação do TiO2 em vidro pelo método de suspensão.
Tabela 3.7: Influência da concentraçãode TiO2 na suspensão.
Amostra T1 T2 T3 T4
Massa (g) de TiO2 em 100 mL de água 0,5 1,5 3,0 5,0 Massa de catalisador impregnado por unidade
de área (g cm-2) 1,23x10
-3 2,07x10-3 3x10-3 4,9x10-3 % de degradação da RB por g de catalisador
por cm2 33 35 19 8
Na Tabela 3.7 é possível verificar que a massa de catalisador depositada na superfície da placa de vidro aumenta com o aumento da concentração de TiO2 na suspensão. Observa-se também que há um aumento no percentual de degradação da RB da amostra T1 para a amostra T2, porém, a partir desta, ocorre um decréscimo no percentual de RB degradada.
As velocidades das reações heterogêneas fotocatalisadas dependem do número de partículas do catalisador efetivamente iluminadas (LASA, 2005). Da amostra T1 para a amostra T2 o acréscimo de massa levou a um incremento desse número, o que não ocorreu da amostra T2 para a T4. Como pode ser visto na Figura 3.4, quando a concentração mássica de TiO2 na suspensão é superior a 1,5 %, ocorre uma aglomeração das partículas depositadas sobre a placa, reduzindo a fração de TiO2 que recebe diretamente radiação UV (LASA, 2005). Pode-se concluir, portanto, que a concentração ótima para o preparo da suspensão foi com 1,5 % de TiO2.
(a) (b)
(c) (d) Figura 3.4: Microscopia Eletrônica de Varredura dos catalisadores impregnados em vidro
preparados a partir de diferentes concentrações de TiO2 na suspensão: a) 0,5 %; b) 1,5 %; c) 3,0 % e d) 5,0 %; ambos com aumento de 200x
3.6.2 Perda de massa
As placas preparadas com diferentes concentrações em massas de catalisador foram comparadas em relação à perda de massa ao longo dos ensaios de degradação da rodamina B descritos no item 2.7.1 (Tabela 3.8).
Tabela 3.8: Perda de massa obtida após três reações consecutivas.
Amostra T1 T2 T3 T4
Massa (g) de TiO2 em 100 mL de água 0,5 1,5 3,0 5,0 Massa (g) de catalisador depositada 0,025 0,042 0,060 0,120 Massa (g) de catalisador após uma reação 0,021 0,040 0,056 0,119 Massa (g) de catalisador após duas reações 0,021 0,040 0,056 0,118 Massa (g) de catalisador após três reações 0,021 0,040 0,056 0,114
Nesta Tabela observa-se que, com exceção da primeira placa, as amostras perdem aproximadamente 5 % de massa. No entanto, observa-se que em valores absolutos cada placa perde cerca de 4 mg de amostra independente da massa total depositada.
3.6.3 Número de impregnações sobre o mesmo suporte
Neste experimento verificou-se a importância da impregnação sucessiva sobre um mesmo suporte de vidro (número de impregnações ou quantidade de camadas). A metodologia de preparação deste catalisador está descrita no item 2.5.1.
A Figura 3.5 a seguir apresenta os resultados referentes ao percentual de degradação da rodamina B (procedimento de avaliação da atividade fotocatalítica descrito no item 2.7.1) para catalisadores preparados com concentração de 1,5 % de TiO2, variando-se o número de impregnações.
A massa por unidade de área (g cm-2) de catalisador depositado sobre o suporte de vidro com 3 camadas foi 2,07x10-3. A massa por unidade de área (g cm-2) de catalisador depositado sobre o suporte de vidro com 5 camadas foi 2,70x10-3.
Figura 3.5: Percentual de degradação da rodamina B utilizando placas de vidro impregnadas com concentração de 1,5 % de TiO2 com: ■ 3 e ■ 5 impregnações sucessivas
Observa-se que com o aumento do número de impregnações, o percentual de degradação da rodamina B diminui.
Este comportamento pode ser explicado: O aumento do número de impregnações gera um aumento de massa de catalisador impregnado sobre o suporte. Segundo Lasa (2005), sabe-se que a taxa de conversão para as reações fotocatalíticas pode sabe-ser descrita em termos de área externa de catalisador irradiado. Dessa maneira, o aumento do número de impregnações não
0 5 10 15 20 25 30 35 40 3 5 Número de impregnações % de de gr a da ç ã o ( g/ c m 2 )
implica no aumento da área superficial em contato com a radiação, mas pôr outro lado aumenta a massa de catalisador impregnado.
Estes resultados confirmam aqueles encontrados na influência da concentração de TiO2 na solução de suspensão.
A Figura 3.6 apresenta os resultados da influência do número de impregnações sucessivas, em termos de kap (min-1).
Figura 3.6: Análise do número de impregnações sucessivas sobre o suporte de vidro comum (♦= 3 impregnações e ■ = 5 impregnações) em termos de kap (min-1)
Os resultados evidenciam que com 5 impregnações, a constante aparente de taxa de reação é de 0,0035 min-1, sendo um valor menor ao observado na reação com catalisador preparado com 3 impregnações, de 0,0057 min-1.
3.6.4 Impregnação do TiO2 em placas de vidro comum para a confecção de um
reator do tipo labirinto
Neste estudo realizou-se a impregnação de 13 placas de vidro comum que foram colocadas no fundo de um reator de vidro do tipo labirinto. Este reator foi projetado, confeccionado e operado por Silva (2007) no estudo da degradação do fenol
Os resultados encontrados podem ser visualizados no Apêndice A.5.1.
y = 0,0057x R2 = 0,988 y = 0,0035x R2 = 0,9831 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0 10 20 30 40 50 60 70 Tempo (min) ln (C 0 /C )