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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Nogueira, Raquel Fernandes Pupo
Título: Fotodestruição de Compostos Potencialmente Tóxicos Utilizando TiO2 e Luz Solar
Ano: 1995
Orientador: Prof. Dr. Wilson de Figueiredo Jardim
Departamento: Química Analítica
Palavras-chave: Dióxido de titânio, Fotodegradação, Solar
Resumo: A destruição de compostos potencialrnente tóxicos por fotocatálise, um método bastante promissor de descontaminação ambiental, é estudada neste trabalho em dois sistemas diferentes: a) o sistema utilizando dióxido de titânio coloidal, onde é avaliada a influência da presença de prata fotodepositada ao TiO2 frente à fotodegradação de fenol; b) o sistema utilizando o dióxido de titânio P 25 (Degussa) imobilizado em placa de vidro, em um reator em fluxo, utilizando a luz solar como fonte de radiação. Os coloides foram sintetizados a partir da hidrólise de tetraisopropóxido de titânio em meio ácido. Íons Ag foram fotodepositados sobre a superficie de TiO2 pela formação de sítios redutores na presença de metanol como doador de elétrons. Os colóides foram caracterizados por absorção na região do UV/Vis, mostrando um limite de absorção (do inglês) "threshlod") em 375 nm para o TiO2 puro, e uma banda em 424 nm para Ag-TiO2 correspondente à formação de prata metálica coloidal, proporcional à quantidade fotodepositada. Foi observado que os colóides preparados apresentam alta atividade fotocatalítica (superior a do TiO2 P 25 Degussa) frente à fotodegradação de fenol (concentração inicial 1 mmol/L), atingindo 76 % de mineralização de fenol em 120 minutos a pH 3, quantificada através de análise de carbono orgânico total (COT). A presença de prata fotodepositada (1 e 2 %) não resultou em um aumento da velocidade de reação. Este fato está relacionado à reoxidação da prata fotodepositada pela lacunas fotogeradas, constatada através da diminuição da banda de absorção caracteristica da prata coloidal. Esta reoxidação pode ser inibida na presença de um bom doador de elétrons como metanol. Quanto ao reator solar, este consiste de uma placa de vidro com TiO2 imobilizado sobre a qual a solução é escoada por gravidade enquanto exposta à luz solar. Este é operado com escoamento único ou com recirculação da amostra. Fenol e ácido dicloroacético foram utilizados como modelo nos estudos de fotodegradação. O escoamento único de uma solução de fenol 1mmol/L, pH 8 a uma vazão de 2,7 L/h resultou em 55% de degradação de fenol e 30% de degradação de COT a uma intensidade luminosa solar média de 31,2 W/ m. A porcentagem de degradação de fenol pode ser aumentada com a adição de peróxido de hidrogênio, íons Fe e na presença de prata depositada ao TiO2. A fotodegradação de efluente industrial fenólico (30 mg/L de fenol e 150 mg/L de COT) resultou em 68,6 % de remoção de fenol e 65,7 % de remoção de COT em pH 8, a uma vazão de 2,7 L/h. Um efeito sinérgico foi observado quando da adição de reagente de Fenton (5 mg/L Fe + H2O2 200 mg/L a pH 3,5) ao sistema TiO2/luz solar resultando em 96,7% de remoção de fenol. Foi observada uma relação linear da porcentagem de degradação de solução de ácido dicloroacético 5 mmols/L (pH 3) com o aumento da intensidade luminosa solar em 365 nm na faixa de 20 a 30 W/m. A porcentagern de fotodegradação varia com a carga de composto (mmol/min) observando-se um decaimento exponencial com o aumento da carga. Foi constatado através de experimentos com e sem recirculação da amostra que não ocorrem limitações por transferência de massa no sistema.
Abstract: The destruction of potentially toxic compounds by photocatalysis was studied in this work in two different systems: a) the system using colloidal TiO2, where the influence of silver deposits was evaluated for the photodegradation of phenol. b) the system using TiO2 P 25 supported on a glass plate as part of a plug flow reactor using solar light as source of radiation. The colloids were synthesized through the hydrolysis of titanium tetraisopropoxide in acidic medium. The photoreduction of Ag íons onto TiO2 surface was achieved by the UV illumination of the colloid in the presence of methanol as electron donor. The characterization of the colloids was made by UV/Vis absorption, what showed a threshold at 375 nm for the naked TiO2. An absorption band at 424 nrn was observed after silver photo- deposition, corresponding to the metallic silver deposits. The colloids prepared showed high photocatalytic activity for the degradation of phenol when compared to TiO2 P 25 (Degussa). The phenol mineralization yielded 76% at pH 3, quantified by total organic carbon analysis (TOC). The presence of photodeposited silver (1 and 2% w/w) did not result in an increase of reaction rate. This is related to the reoxidation of silver by the photogenerated holes during irradiation. This was verified by the decrease of characteristic colloidal silver band absorption. This reoxidation was inhibited by the presence of a good electron donor such as methanol. The solar reactor consisted in a glass plate with supported TiO2 where the solution falls over as it is exposed to the solar light. The rector is operated with a single pass or recirculating the sample. PhenoI and dichoroacetic acid were used as model compounds in the photodegradation studies. The single pass of 1 mmol/L phenol solution at pH 8 and flow rate of 2.7 L/h resulted in 55% of phenol and 30% of total organic carbon degradation at the average light intensity of 31.2 W/m. The percentage of phenol degradation can be increased by the addition of Fe ions and the presence of silver photodeposited on TiO2. The photodegradation of industrial phenolic effuents (30 mg/L of phenol and 150 mg/L TOC) resulted in 68.6 % of phenol and 65.7% of TOC degradation at pH 8 and a flow rate of 2.7 L/h. A synergistic effect was observed when the Fenton reagent (5 mg/L Fe + H2O2 200 mg/L, at pH 3.5) was added to TiO2/solar light system, resulting in 96.7% of phenol degradation. It was observed a linear dependence of percentage of degradation with the increase of solar light intensity for the range of 20 to 30 W/ m. The percentage of degradation dacays exponentially with the increase of molar flow rate (mmol/min.). Experiments with single as well as recirculation of the sample indicated that there is no mass transfer limitation in this system.
Arquivo (Texto Completo): vtls000088869.pdf ( tamanho: 3,12MB )

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