Removal of organic contaminants from liquid effluents by photocatalysis process

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO extraordinário desenvolvimento da indústria farmacêutica tem levado ao surgimento de novos contaminantes nos recursos hídricos. Como até recentemente, estes contaminantes não eram considerados como fonte de poluição, existe a falta de tecnologias eficientes para os remover do meio ambiente, representando assim uma ameaça para a saúde humana e ambiental. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da degradação de sulfametoxazole (SMX) recorrendo a um processo avançado de oxidação baseado em fotocatálise com recurso a dióxido de titânio. Este catalisador foi eleito, devido à sua reconhecida elevada eficiência para um largo espectro de contaminantes. No entanto, o TiO2 comercial, apresenta algumas desvantagens na sua utilização, uma vez que ao tratar-se de um material finamente particulado, torna difícil a reutilização. Deste modo, o foco deste estudo foi a obtenção de um catalisador de TiO2 suportado num material cerâmico, comercialmente conhecido como LECA. Assim, os estudos envolveram, numa primeira fase, o desenvolvimento do método para incorporar o TiO2 na superfície da LECA, sendo a eficiência fotocatalítica na degradação de SMX avaliada em cada caso. O método de impregnação foi o selecionado para incorporar o TiO2 na LECA. Os estudos mostraram que para impregnar 10 g de LECA, as concentrações de 3,6 e 5% m/m de TiO2 são as que apresentam resultados mais promissores nas incorporações. Os testes de fotocatálise para degradação de SMX, apresentam resultados de cerca de 40% aquando do uso da radiação UVA, e com recurso a um fluxo contínuo de oxigénio durante o tempo de reação. Com a utilização de radiação solar, o fotocatalisador permite atingir 65% de degradação de SMX, ou seja, apresenta resultados mais vantajosos quando comparado com a radiação UVA da lâmpada laboratorial. Comparando a radiação solar com a radiação UVA, verifica-se que, os fotocatalisadores com as concentrações de 3,6%_TiO2 e 5%_TiO2 apresentam resultados semelhantes entre si. Por último, a análise da capacidade de reutilização do fotocatalisador, mostrou que a secagem entre utilizações é desvantajosa, com uma perda de eficiência de 25% ao fim de 3 utilizações, sendo que o fotocatalisador de 3,6%_TiO2 é o que apresenta maior capacidade de reutilização. Em suma, o fotocatalisador desenvolvido apresenta potencial para remover SMX de efluentes líquidos, sendo que o catalisador preparado com 5%_TiO2 é o que apresenta resultados mais promissores.The extraordinary development of the pharmaceutical industry has led to the emergence of new contaminants in water resources. As until recently, these contaminants were not considered a source of pollution, there is a lack of efficient technologies to remove them from the environment, thus representing a threat to human and environmental health. This work aims to study the degradation of sulfamethoxazole (SMX) using an advanced oxidation process based on photocatalysis using titanium dioxide. This catalyst was chosen due to its recognized high efficiency for a wide spectrum of contaminants. However, commercial TiO2 has some disadvantages in its use, since it is a finely particulate material, making its reuse difficult. Thus, the focus of this study was to obtain a TiO2 catalyst supported on a ceramic material, commercially known as LECA. Thus, the studies involved, in a first phase, the development of a method to incorporate TiO2 on the LECA surface, with the photocatalytic efficiency in SMX degradation being evaluated in each case. The impregnation method was selected to incorporate TiO2 into LECA. Studies have shown that to impregnate 10 g of LECA, concentrations of 3.6 and 5% m/m of TiO2 are the ones that present the most promising results in incorporations. Photocatalysis tests for SMX degradation show results of around 40% when using UVA radiation, and using a continuous flow of oxygen during the reaction time. With the use of solar radiation, the photocatalyst allows reaching 65% of SMX degradation, that is, it presents more advantageous results when compared to the UVA radiation of the laboratory lamp. Comparing solar radiation with UVA radiation, it appears that photocatalysts with concentrations of 3.6%_TiO2 5%_TiO2 have similar results. Finally, the analysis of the reusability of the photocatalyst showed that drying between uses is disadvantageous, with an efficiency loss of 25% after 3 uses, with the 3.6%_TiO2 photocatalyst being the one with the highest reusability. In short, the developed photocatalyst has the potential to remove SMX from liquid effluents, and the catalyst prepared with 5%_TiO2 is the one with the most promising results