Avaliação da degradação fotocatalítica do gás sulfídrico em tecidos de algodão impregnados com nanopartículas de tio2

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2014.A fotocatálise é um processo oxidativo avançado capaz de degradarsubstâncias orgânicas e inorgânicas, usando um semicondutor (ex:dióxido de titânio) que atua como fotocatalisador das reações.Atualmente, é empregada em diversos setores de interesse, como naprodução de bens de consumo, geração de energia e preservaçãoambiental. Na área ambiental, a tecnologia tem ganhado destaque notratamento de poluentes atmosféricos, tais como NOx, COV, NH4 e H2S.Por trabalhar com baixas taxas de remoção, a fotocatálise é adequada aotratamento do ar de ambientes internos, onde a atenção é voltada àpresença de poluentes em baixíssimas concentrações. Na indústria têxtil,os fotocatalisadores são aplicados a tecidos para conferir propriedadesautolimpante, biocida e de proteção UV. Este trabalho objetivou avaliara aplicação de tecidos de algodão impregnados com nanopartículas dedióxido de titânio no tratamento de misturas gasosas contendo gássulfídrico. Os objetivos específicos foram: (1) caracterizar a morfologiado recobrimento de TiO2 formado sobre tecidos de algodão; (2) verificara capacidade autolimpante e hidrofílica de tecidos de algodãoimpregnados com nanopartículas de TiO2; (3) avaliar a degradaçãofotocatalítica do gás sulfídrico em um reator anular revestido com tecidode algodão impregnado com nanopartículas de TiO2; e (4) aplicar omodelo cinético de Langmuir-Hinshelwood. Foram utilizados trêsmétodos diferentes para a modificação dos tecidos de algodão: prétratamentocom ativação por irradiação UVC, pré-tratamento comativação por espaçadores químicos, e nenhum pré-tratamento, todosseguidos da deposição de nanopartículas de TiO2 Degussa P25 pelométodo ?dip-pad-dry?. O recobrimento de TiO2 formado sobre as fibrasfoi caracterizado por métodos microscópicos, MEV-EDS e TEM, etermogravimétricos. A observação das características morfológicasapontou superfícies fotocatalíticas formadas por aglomerados de cristais,constituindo um recobrimento irregular e de aspecto poroso. Assuperfícies apresentavam espessuras muito variáveis e intercalavamperfil contínuo e fracionado. A análise termogravimétrica (TGA)mostrou que a amostra preparada pelo método UVC+TiO2 resulta emmaior carga de TiO2 nas fibras. A confirmação da existência decaracterísticas hidrofílicas e autolimpantes indicam que a superfície deTiO2 formada fornece propriedades fotocatalíticas aos tecidos. Naavaliação da degradação fotocatalítica do H2S, para concentrações deH2S variando entre 5 e 20 ppm, a conversão de H2S variou de 80% a697%, onde a vazão do fluxo gasoso era 57 L.h-1 e o tempo de residência53 segundos. Os resultados obtidos da degradação do H2S em tecidos dealgodão impregnados com nanopartículas de TiO2 apresentaram boaaderência à regressão linear do modelo de reator de fluxo pistãoproposto, apresentando coeficientes de determinação, R2, entre 0,9055 e0,9946. Destaca-se a existência de um processo de inativação dasuperfície fotocatalítica, cujo mecanismo não pôde ser compreendidopela metodologia proposta. A possível desativação dos fotocatalisadorese a forma de regenerá-los devem ser exploradas a fim de viabilizar aaplicação da tecnologia para a degradação do gás sulfídrico.Photocatalysis is an oxidative process capable of degrading organic andinorganic substances. The photocatalytic reactions occur at the surfaceof a semiconductor (i.e., titanium dioxide), acting as the reactioncatalyst. Photocatalysis is currently employed in different sectors ofinterest, as in production of consumer goods, power generation andenvironmental preservation. In air pollution field, the technology hasattracted attention by promoting the degradation of low concentrationpollutants, characteristic condition of indoor air pollution. In textileindustry, the photocatalysts are applied on fabric to provide selfcleaning, biocide and UV protection properties. This study aims toevaluate the application of titanium dioxide impregnated cotton fabricson the treatment of hydrogen sulfide gas mixtures. The specificobjectives are: (1) characterize the morphology of the TiO2 coating,formed on cotton fabrics, obtained by different methods; (2) verify thehydrophilic and self-cleaning properties of TiO2 impregnated cottonfabrics, obtained by different methodologies; (3) evaluate thephotocatalytic degradation of hydrogen sulfide gas in an annular reactorcoated by titanium dioxide impregnated cotton fabrics; (4) applyLangmuir-Hinshelwood kinetic model. Three different methods havebeen used for impregnating TiO2 on the fabrics: UVC irradiationprevious activation; chemical spacers previous activation; and noprevious activation. The three methods were followed with Degussa P25TiO2 deposition by "dip-pad-dry?. The TiO2 coating formed on thefibers was characterized by microscopic methods, SEM-EDS and TEM,and thermogravimetric analysis. The observation of morphologicalcharacteristics reveals photocatalytic surfaces formed by clusters ofcrystals, forming an irregular and porous coating appearance. Thesurfaces showed highly variable thicknesses and intervalate continuousand fractional aspect. Thermogravimetric analysis (TGA) showed higherloading of TiO2 for the previous UVC irradiated sample. Theconfirmation of hydrophilic and self-cleaning properties indicates thatthe TiO2 surface provides the fabric photocatalytic properties. In theevaluation of photocatalytic degradation of H2S, in concentrationsranging from 5 to 20 ppm, the efficiency of the reactor fluctuated in therange between 80% and 97%, where the flow of the gaseous stream was57 L.h-1. The results of the H2S degradation by cotton TiO2 impregnatedfabrics, showed good adherence to the plug flow reactor linearregression model, with determination coefficients (R2) between 0.9055and 0.9946. Noteworthy, it was observed the presence of an inactivationprocess, which mechanism could not be understood by the methodology8presented in this paperwork. In order to propitiate the application ofphotocatalysis on the degradation of hydrogen sulfide gas, the possiblephotocatalysts deactivation and the regeneration solution should beexplored