Tratamento de efluentes líquidos através de adsorção e oxidação catalítica utilizando catalisadores mistos de ferro e manganês

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.A presença de compostos não biodegradáveis em efluentes líquidos é um dos principais problemas nas estações de tratamento de efluentes. Soluções ao tratamento biológico convencional por lodos ativados têm sido investigadas. As principais alternativas são os processos oxidativos avançados (POA#s). A maior parte destes POA#s requer condições de pH ácido ou elevado consumo de H2O2 para decompor compostos orgânicos. Neste trabalho foi realizado um estudo cinético da adsorção, oxidação e peroxidação catalítica do corante azo vermelho Procion HE7B utilizando catalisadores de ferro e manganês sintetizados em laboratório, calcinados a temperatura de 600, 700 e 800ºC. A cinética de degradação da molécula de corante foi acompanhada em reator descontínuo, com agitação constante, a 25ºC e pH 6.0. Este valor corresponde ao ponto de carga zero do sólido. Resultados prévios indicaram que em pH 6.0 a capacidade de adsorção da monocamada é baixa, com valor igual a 5,43 mg.g-1. Em seguida, peróxido de hidrogênio era adicionado ao meio reacional em concentração inicial previamente determinada. Em intervalos regulares de tempo, era determinada a degradacão da molécula de corante e também medida a concentração de carbono orgânico total. A atividade catalítica do sólido para decompor peróxido foi medida em equipamento volumétrico (Shaheen W.M e Selim M.M, 1998), utilizando-se diferentes dosagens de catalisador. Os resultados mostraram que os catalisadores decompõem rapidamente o peróxido de hidrogênio obedecendo o modelo cinético de pseudo-primeira ordem em relação à concentração de peróxido de hidrogênio e em relação à dosagem de catalisador. A constante cinética da reação global dos catalisadores obedeceu ao modelo de segunda ordem. FeMn600ºC demonstrou constante cinética igual a 3,31x10-6 L.mg-1.s-1, ligeiramente superior aos catalisadores FeMn700ºC e FeMn800ºC com constantes cinéticas iguais a 2,98x10-6 e 2,8x10-6 L.mg-1.s-1, respectivamente. Os resultados indicam que o uso deste catalisador possibilita a decomposição catalítica do corante vermelho Procion H-E7B em condições de pH neutro, com baixo consumo de peróxido de hidrogênio, indicando-se uma alternativa de tratamento aos demais POA'sThe presence of non-biodegradable compounds in wastewater is one of the major problems in effluent treatment plants. Solutions to conventional biological treatment by activated sludge has been investigated. The main alternatives are the advanced oxidation processes (AOP's). Most of these AOP's requires conditions of acid pH or high consumption of H2O2 to decompose organic compounds. In this work was performed a kinetic study of adsorption, catalytic oxidation and peroxidation of azo dye Procion Red H-E7B using iron and manganese catalysts synthesized in laboratory, annealed at a temperature of 600, 700 and 800 ºC. The degradation kinetics of the dye molecule was followed in batch reactor with constant stirring at 25 °C and pH 6.0. This value corresponds to the point of zero charge of the solid. Previous results indicated that at pH 6.0 the adsorption capacity of the monolayer is low, with value equal to 5.43 mg.g-1. Then, hydrogen peroxide was added to reaction medium at a predetermined initial concentration. At regular intervals of time, was determinated the degradation of the dye molecule and also measured the concentration of total organic carbon. The catalytic activity of the solid to decompose hydrogen peroxide was measured in volumetric equipment (WM Shaheen and MM Selim, 1998), using different dosages of catalyst. The results showed that the catalysts decompose hydrogen peroxide quickly, obeying the kinetic model of pseudo-first order in relation to the concentration of hydrogen peroxide and in relation of catalyst dosage. The kinetic constant of the global reaction of the catalyst, followed to the second order model. FeMn600 ºC revealed kinetic constant equal to 3.31 x10-6 L.mg-1.s-1, slightly higher than the catalysts FeMn700 ºC and FeMn800 ºC with kinetics constants equal to 2.98 x10-6 and 2.8 x10-6 L.mg-1.s-1, respectively. The results indicate that the use of this catalyst allows the catalytic decomposition of the dye Procion Red H-E7B under conditions of neutral pH, with low consumption of hydrogen peroxide, giving it an alternative treatment to other AOP's