Métodos de controle e caracterização

No documento UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DANIELA GOMES DINIZ DE ALMEIDA (páginas 31-36)

2.5 FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA COM O TIO 2

2.5.3 Métodos de controle e caracterização

Os corantes alimentares são espécies que absorvem luz na região visível, por conseguinte, espectrometria é o mais adequado para a análise quantitativa. É uma

das técnicas analíticas comumente utilizada devido ao baixo custo e fácil instrumentação. No entanto, a ausência de especificidade de absorção no visível normalmente impede a utilização desta técnica no caso de misturas de espécies de absorção, devido à sobreposição espectral (YAMJALA et al., 2016).

Diversos métodos foram publicados para a quantificação do azo corantes em várias matrizes de alimentos aplicando procedimentos espectrofotométricos. Soylak et al. (2011) abordaram a determinação espectrofotométrica do vermelho amaranto em amostras de água por procedimento de SPE (Solid Phase Extraction) em uma coluna de vidro contendo resina. Sorouraddin et al. (2011) propuseram um método econômico para a determinação simultânea de cinco corantes alimentares comuns em alimentos industrializados através de um fotocolorímetro portátil de duplo feixe.

Turak e Ozgur (2013) determinaram os corantes vermelho amaranto e Ponceau 4R simultaneamente em bebidas com a ajuda de quatro métodos espectrofotométricos derivativos e compararam os resultados com os do método de HPLC (High Performance Liquid Chromatography), concluíram que o método espectrofotométrico é o mais simples (independente do corante alimentar), rápido e versátil.

2.5.3.2 pH

O levantamento de estudos sobre a estabilidade de corantes azo mostrou que o processo de degradação destes compostos depende do pH da solução, além da presença de outros aditivos (OSTROSKI, et al. 2005).

O pH exerce um importante papel nos processos fotocatalíticos, podendo influenciar as propriedades superficiais do catalisador, incluindo o tamanho dos agregados, cargas das partículas e a posição das bandas de valência e de condução (TEIXEIRA; JARDIM, 2004). A quantidade do radical hidroxila (•OH) produzidos pela radiação UV é afetada pelo pH, como resultado, a taxa de descoloração é altamente dependente do pH da solução (NISHIO et al., 2006).

Os semicondutores apresentam o ponto de carga zero (pcz) como pH, onde as concentrações dos grupos protonados e desprotonados são iguais, isto é, pHpcz=1/2 (pK1+pK2). O pHpcz do TiO2 é de 6,25, isto significa que para valores de pH inferiores ao pHpcz a superfície do TiO2 está positivamente carregada (Equação 10) e para valores de pH superiores ao pHpcz a superfície do TiO2 está negativamente carregado (Equação 11) (PISCOPO et al., 2001).

HTiOH2

A velocidade das reações fotocatalíticas não sofre alteração significativa com a variação da temperatura no sistema, típico comportamento de reações iniciadas por absorção de fótons (GÁLVEZ et al., 2001).

Geralmente os sistemas fotocatalíticos são operados em temperatura ambiente, porém, com a liberação de energia no processo devido à recombinação do par elétron/lacuna, essa temperatura pode aumentar. A faixa de temperatura de 20 a 80 ºC pode ser considerada ótima para operação dos sistemas fotocatalíticos, pois apresentam uma fraca interferência na velocidade de degradação (GOGATE;

PANDIT, 2004).

Gaya e Abdullah (2008), relatam que a constante da taxa de degradação e a temperatura de operação seguem a lei de Arrhenius durante a etapa fotocatalítica, sendo que essa dependência indica que a constante aparente de pseudo-primeira ordem (k´) pode aumentar de maneira linear com a exponencial de (-1/T) de acordo com a equação de Arrhenius.

2.5.3.4 Carbono Orgânico Dissolvido (COD)

O carbono orgânico dissolvido (COD) é normalmente definido como todo o carbono orgânico menor que 0,2 µm, fornecendo uma indicação quantitativa em relação à mineralização dos compostos orgânicos dissolvidos presentes. Para determinar o COD as moléculas orgânicas são convertidas a CO2, uma forma molecular simplificada, que pode ser medida quantitativamente através dos métodos que utilizam calor e oxigênio, irradiação ultravioleta, oxidação química em fase líquida ou combinação desses métodos (TEIXEIRA; JARDIM, 2004).

Dalponte (2015),descreve que a degradação do corante em relação ao decaimento de absorbância pode ser confirmada pela redução de carbono orgânico total, sendo possível avaliar a redução da carga orgânica.

2.5.3.5 Modelos de reatores

Variados tipos de reatores são empregados na fotocatálise para seleção do mesmo os seguintes parâmetros devem ser verificados: a configuração do reator, a área superficial iluminada, possíveis aumentos de escala, a taxa de transferência de massa, a fonte de radiação UV e a cinética da reação (DIJKSTRA et al., 2001).

De maneira geral, um reator apresenta dois modelos de configuração, com o catalisador em suspensão e com o catalisador imobilizado em material servindo como suporte. O sistema em suspensão é o mais eficiente, pois não tem limitações de transferência de massa e apresenta grande área superficial específica das partículas em escala manométrica, porém este sistema não apresenta viabilidade industrial pela demanda de remoção do catalisador aumentando os custos de operação do sistema (BUTH, 2009). Em escala laboratorial os reatores em suspensão são muito utilizados, principalmente para a obtenção de dados cinéticos (SAVAGE et al., 2003).

A utilização dos catalisadores suportados não necessita da recuperação do catalisador no final do processo, sendo vantajoso em comparação com o reator em suspensão, porém demanda de alguns cuidados como: manter uma velocidade adequada da solução no interior do reator; garantir boa aderência do catalisador no suporte; o processo deve manter de forma adequada a atividade do catalisador, mesmo após o processamento de grandes volumes (BUTH, 2009).

A iluminação é um fator extremamente importante para a eficiência de um reator fotocatalítico. A distribuição da irradiação da luz depende de variáveis como:

propriedades óticas do meio, tipo de lâmpada, geometria do reator e lâmpada, natureza das paredes do reator e posicionamento adequado da fonte de irradiação, de modo a potencializar a ativação das partículas do catalisador (ALEXIADIS;

MAZZARINO, 2005).

A iluminação no reator fotocatalítico pode ser através da iluminação artificial utilizando a irradiação UV como fontes de luz, ou reatores solares que utilizam a luz solar como fonte de iluminação. Sobre a posição da luz, temos os seguintes reatores: com a lâmpada submersa, onde a mesma fica localizada no interior do reator e os modelos tipo externo, onde a lâmpada fica na parte externa do reator (BUTH, 2009).

Há em estudo uma grande variedade da forma de reatores fotoquímicos. Em experimentos laboratoriais a utilização de reatores em batelada de mistura completa é a opção mais utilizada, entretanto, existem outros tipos como na forma espiral em torno de uma fonte luminosa, reatores cilíndricos empacotados (SARKAR, CHAKRABORTY e BHATTACHARJEE, 2015), reatores de labirinto (SILVA, 2007), dentre outros.

2.5.3.6 Influência da fonte de irradiação na cinética da fotocatálise

A fonte de irradiação é um dos principais fatores que influenciam a cinética das reações fotocatalíticas, uma vez que define a formação do par elétron-vacância, através da intensidade da luz, logo quanto maior a intensidade luminosa (I), mais frequentemente será a combinação e-/h+ e maior será a produção de radicais hidroxilas (BUTH, 2009).

Segundo Hoffman et al. (2005), a constante aparente se relaciona com a intensidade de irradiação de uma forma não-linear, conforme Equação 12, onde α pode apresentar valores de 0,5 quando utilizadas altas intensidades de irradiação e 1,0 para baixas intensidades.

I

K

Kexpap (12)

3 MATERIAL E MÉTODOS

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