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Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Analítica Ambiental
POAs
Processos Oxidativos Avançados
Alunos:
Jordana Santos
Karine Enes
Lucas Vinícius
Mariliane Guimarães
Setembro, 2014
Introdução Crescimento demográfico e a expansão industrial
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Poluição ambiental
Mau uso dos recursos naturais
Ineficiência da legislação
Falta de consciência ambiental
Atmosfera Solo Recursos hídricos
Consequências
Contaminação
Introdução Atualmente tem havido uma maior
conscientização quanto à deterioração do meio
ambiente.
Remoção de poluentes orgânicos tem sido um
grande desafio.
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Diminuir o impacto ambiental referente as descargas de resíduos.
Processos Oxidativos Avançados - POAs
Meta
Introdução
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Processos
Oxidadtivos
Avançados
São baseados na geração
de radicais livres,
principalmente o radical
hidroxila ( .OH).
Este radical possui alto poder oxidante e
pode promover a degradação de vários
compostos poluentes em poucos minutos.
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Mineralização
( CO2, H2O e ânions
inorgânicos)
Tratamento
in situ
Menor custo
Geralmente não é
necessário pós-
tratamento
Cinética de reação elevada
Vantagens
POA
Introdução
Divisão dos processos oxidativos avançados:
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Sistemas
Homogêneos
Sistemas de
Processos oxidativos
Avançados
Sistemas
Heterogêneos
Processos Homogêneos Não existe a presença de catalisadores sólidos.
A fotolíse direta possui uma eficiência baixa em
comparação com processos gerando .OH
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Degradação
matéria orgânica
Fotólise direta
(UV)
Geração .OH
H2O2/UV , O3/UV, H2O2/O3/UV
Processos Homogêneos
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Tabela 1: Sistemas homogêneos típicos de processos oxidativos avançados.
Sistema H2O2/UV
Segundo Huang e colaboradores, o mecanismo mais aceito para fotolíse de H2O2 é o seguinte:
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Alto poder
oxidante
(E=1,77V)
H2O2 Tratamento de
efluentes
Lâmpadas de Hg : 254nm
H2O2 2 .OH
hn
Sistema H2O2/UV
Aplicações:
Pré-tratamento para biodegradabilidade
surfactantes;
Degradação de Corantes;
Degradação éter metil terc-butil.
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Sistema O3/UV Ozônio:
Gás incolor de odor pungente e com alto poder de
oxidação (E=2,08V);
Se decompõe em espécies radicalares em solução
aquosa.
Neste sistema são gerados 3 processos de
degradação:
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Fotolíse direta Ozonização
direta Oxidação
. OH
3O3 + H20 2.OH +4O2
hn
Sistema O3/UV
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APLICAÇÕES
Degradação de
micropoluentes
em água
potável
Inativação
de bactérias
Degradação
de corantes
Degradação
de
herbicidas
Sistema foto-fenton Quando complexos de Fe 3+ são irradiados (UV),
ocorre o promoção de um elétron de um orbital centrado no ligante para um orbital centrado do metal, que implica na redução Fe 3+.
Fe 2+ na presença de peróxido de hidrogênio.
Deve-se manter o pH entre 2,5 – 3,0.
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Fe(OH) 2+ Fe 2+ + .OH
Fe 2+ + H2O2 Fe 3+ + OH- + .OH
hv
Sistema foto-fenton
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Aplicações
Degradação de
clorofenóis
Oxidação de
resíduos e
lixiviação de
aterros
Degradação de
corantes
Processos Heterogêneos Processos que contam com a presença de
catalisadores sólidos.
Se diferenciam dos homogêneos devido a
presença dos catalisadores semicondutores.
Substâncias que aumentam a velocidade da
reação;
São utilizados para se atingir o equilíbrio químico sem
sofrer alteração química.
Reações catalíticas.
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Processos Heterogêneos
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Figura 1: Representação esquemática de condutores, semicondutores e isolantes.
Processos heterogêneos
Catalisadores semicondutores estudados:
ZnO,
Fe₂O₃,
SiO₂ ,
Al₂O₃,
ZnS,
CdS, entre outros.
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TiO₂
TiO2
o Fotocatalisador mais ativo.
O mais utilizados na degradação de compostos
orgânicos presentes em águas e efluentes.
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Processos Heterogêneos
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Tabela 2: Sistemas heterogêneos típicos de processos oxidativos avançados.
A utilização de radiação UV aumenta a eficiência.
Fotoativação do TiO2 Envolve a ativação do semicondutor (TiO2) por luz
solar ou artificial.
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Figura 2: Fotoativação do catalisador.
Fotocatálise heterogênea
com TiO2
Segundo Chamarro et. al., os radicais hidroxila são
apontados como as espécies reativas envolvidas na
reação de degradação fotocatalítica.
Espécies altamente oxidantes;
Vida curta;
Capazes de oxidar inúmeros compostos orgânicos,
mineralizando-os e transformando-os em CO2, H2O
e sais inorgânicos.
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Fotocatálise heterogênea
com TiO2
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Fotocatálise heterogênea
com TiO2
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Vantagens :
Baixo custo;
Não toxicidade;
Insolubilidade em água;
Estabilidade química em uma ampla
faixa de pH;
Possibilidade de imobilização em sólidos;
Possibilidade de reutilização.
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Aplicações Canela (1999): Destruição de compostos orgânicos
em fase gasosa;
Ziolli (1999): Aplicação em efluente líquidos utilizando
luz solar;
Donaire (2001): Destruição de microorganismos
patogênicos.
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Conclusões
Aumento da poluição do mundo moderno
Aumento da complexidade e dificuldade na remediação
Busca de novas metodologias.
Escolhas apropriadas para os problemas específicos de tratamento.
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Conclusões POAs:
Conjunto de tecnologias promissoras para o
tratamento de contaminantes persistentes e tóxicos;
Alternativas para o tratamento de resíduos;
Aumento do uso.
Utilização:
Água e efluentes;
Remediação de solos e águas subterrâneas;
Remoção de odores.
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Conclusões Vantagens:
Inespecificidade;
Degrada poluentes cuja concentração seja muito
baixa (μg.L-1);
Não gera de resíduos.
Desvantagens:
Custos podem ser elevados;
Formação de subprodutos de reação.
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Referências Ciola, R. Fundamentos da catálise. 1ª edição,
Editora da Universidade de São Paulo, 1981,p.377.
Chamarro , E. et.al.; Use of Fenton reagent to improve organic chemical biodegradability. Wat. Res., v.35, nº 4, p.1047-1051, 2001.
Núbia, B. N. et. al.; Processos oxidativos avançados e sua aplicação ambiental. Revista eletrônica de engenharia civil, nº 3, v. 1 p. 36-47, Goiás 2012.
Teixeira, B. A. P. C. et. al.; Processos oxidativos avançados. V.3 p.83 Campinas, 2014.
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Referências Canela, M.C et. al.; Identificação e destruição
fotocatalítica em fase gasosa de compostos causadores de odor em efluentes. Campinas, 1999, p.138 ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999.
Ziolli, R. L. et. al.; Fotodegradação da fração de petróleo solúvel em água de mar sob ação da luz solar. Campinas, 1999, p.89. ( Tese de Doutorado em Química Analítica): Curso de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, UNICAMP, 1999.
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Referências Donaire, P. P. R. et.al.; Desinfecção de águas
utilizando radiação ultravioleta e fotocatálise heterogênea. Campinas, 2001, p.130 ( Tese de Mestrado em saneamento e ambiente): Curso de Pós- Graduação em Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia Civil, UNICAMP, 2001.
MELO, S. A. S. et al.; Degradação de fármacos residuais por processos oxidativos avançados. Química Nova. Vol.32, No 1, pag. 188-197, 2009.
FIOREZE, M. et al.; Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Digital. Vol. 18, n. 1, pag. 79-91, 2014.
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Referências KANG, J.W. et al.; Effect of ozonation for treatment
of micropollutants present in driking water source.
Wat.Sci. Tech, V.36, n.12, p 299-317, 1997.
BENITEZ, F. J. et al.; Degradation by ozone and UV
radiation of the herbicide cyanazine. Ozone ScI.
Eng., v. 16, p. 213-234, 1994.
NOGUEIRA,R.F.P et. al.; Fundamentos e aplicações
ambientais dos processos Fenton e Foto-Fenton.
Quimica Nova, v.30, n.2, 2007 , São Paulo.
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