Degradação fotocatalítica do corante têxtil Laranja II, usando TiO2 e ZnO imobilizados em peças cerâmicas

Data
2014-06-09
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Resumo
A indústria têxtil caracteriza-se por gerar efluentes com uma elevada carga orgânica devido à manipulação de diversas soluções coradas envolvendo compostos químicos sintéticos resistentes em geral a tratamentos biológicos convencionais. A descarga deste tipo de efluentes pode causar grandes mudanças no meio receptor, traduzindo-se num grave problema ambiental. Os corantes têxteis são compostos normalmente aplicados em solução e que se fixam de alguma maneira a um substrato. Podem ser classificados de acordo com a sua cor, natureza química e o método de aplicação. Os corantes azo são caracterizados pela dupla ligação entre átomos de azoto (-N=N-). Esta ligação define a cor do corante sendo o tipo de corante mais produzido a nível mundial e, consequentemente, o mais estudado no que diz respeito à sua remoção de efluentes líquidos. O corante Laranja II é um dos corantes azo com mais aplicabilidade na indústria têxtil, devido à sua fácil solubilidade em água e ao seu baixo preço. Este trabalho teve como objectivo geral estudar a capacidade fotodegradativa do corante Laranja II, em solução aquosa, por camadas de TiO2 e ZnO depositadas por serigrafia plana em peças cerâmicas vidradas de uso comum. Para isso foram realizados ensaios para avaliar o efeito de diferentes variáveis como o pH, a temperatura, o tipo de fotocatalisador, a quantidade de fotocatalisador, a concentração de corante, a presença de agentes oxidantes e a intensidade de radiação UV. O processo de descoloração do Laranja II envolveu soluções preparadas em laboratório sob o efeito de radiação UV. Os ensaios realizaram-se num reactor cilíndrico, construído para o efeito, onde foram dispostas previamente as peças cerâmicas. Foram avaliadas duas lâmpadas de vapor de mercúrio Heraeus (TNN 15/32 e TQ 150) como fonte de radiação. O uso de catalisadores depositados em azulejos cerâmicos é uma técnica muito promissora, obtendo-se descolorações do Laranja II superiores a 90 %, revelando que sob radiação UV, com a lâmpada de vapor de mercúrio TNN 15/32, o TiO2 apresenta melhor desempenho com uma descoloração máxima de 98 % a uma taxa de 14,8x10-3 min-1 em 300 minutos à temperatura ambiente (≈ 20ºC). Com ZnO foi obtida uma descoloração máxima de 94 % a uma taxa de 9,7x10-3 min-1. A variação de pH não influenciou de forma significativa a capacidade fotodegradativa do TiO2. O desempenho das camadas activas é tanto mais eficaz quanto mais baixa a concentração inicial do corante a degradar. A adição de uma quantidade de H2O2 conduz a uma melhoria na descoloração do Laranja II, diminuindo o tempo reaccional para 120 minutos. A deposição de óxidos em peças cerâmicas apresenta-se como uma boa alternativa ao uso de óxidos em suspensões, evitando a etapa de remoção dos óxidos no final do tratamento. Além disto são materiais de fácil limpeza e resistentes, apresentando uma grande fiabilidade podendo ser usados de forma sucessiva sem comprometer de forma significativa a capacidade fotodegradativa dos óxidos.
The textile industry is characterized by producing effluents with a high organic content due to the manipulation of various solutions involving colored synthetic chemical compounds that are in general resistant to conventional biological treatments. The discharge of such effluents can cause major changes in the receptor, resulting in serious environmental problems. The dyes are compounds usually applied in solution which are fixed in some way to a substrate. They can be classified according to its color, chemical nature and method of application. The azo dyes are characterized by a double bond between nitrogen atoms (-N = N-). This connection defines the color of the dye being the dye type most produced worldwide and consequently the most studied regarding their removal from wastewater. The dye Orange II is one of the azo dyes with large application in the textile industry, due to its solubility in water and its low price. This study aimed to describe the overall photodegradation capacity of dye Orange II in aqueous solution by screen printing TiO2 and ZnO layers deposited on common glazed ceramic pieces. These assays were performed in order to study the effects of different parameters such as pH, temperature, type of photocatalyst, amount of photocatalyst, dye concentration, presence of oxidizing agents and UV radiation. The decolorization process of solutions involved Orange II was prepared in laboratory under the influence of UV radiation. The assays were carried out in a cylindrical reactor, where there were previously arranged ceramic parts, and two Heraeus mercury vapor lamps were tested (TNN 15/32 and TQ 150) as radiation source. The use of catalysts deposited on ceramic tiles is a very promising technique, resulting in an Orange II discoloration above 90%. UV radiation, with mercury vapor lamp TNN 15/32, shows the best performance with TiO2, achieving a maximum discoloration of 98% at 14.8 x10-3 min-1 in 300 minutes at room temperature (≈ 20 ° C). Using ZnO was obtained a maximum discoloration of 94% at 9.7 x10-3 min-1. The variation of pH did not influence significantly the ability of TiO2 photodecolourization. The performance of the active layer increases with the lowering of the initial dye concentration to degrade. Adding H2O2 to the precess leads to an improvement in the Orange II fading, reducing the reaction time to 120 minutes. The deposition of oxides in ceramic tiles presents a good alternative to oxide suspensions, avoiding the removal step at the end of the treatment. Moreover, these materials are easily clean, resistant, presenting a high reliability which allows its continuous use without significant compromise of the photodegradative capacity.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
Palavras-chave
Efluentes têxteis , Fotocatálise , Ti02 , Zn0 , Camadas serigrafadas , Radiação UV , Descoloração de soluções aquosas de Laranja II , TNN 15/32 , TQ 150
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