Decomposição fotocatalítica de corantes orgânicos utilizados na indústria têxtil

Dissertação de mestrado em Ciências do Ambiente (área de especialização em Qualidade Ambiental)A procura de tecnologias efectivas tendo em vista o tratamento dos efluentes têxteis tem-se intensificado no sentido de resolver este problema ambiental. Neste contexto, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) surgem como tecnologias inovadoras baseadas na formação de espécies reactivas, tais como os radicais hidroxilo (HO•). Estes radicais são extremamente reactivos, apresentam reduzida selectividade e são capazes de oxidar uma grande diversidade de poluentes orgânicos. Dos POAs, destaca-se a degradação fotocatalítica devido à elevada eficiência que tem vindo a demonstrar no que refere à degradação de compostos orgânicos. Este processo fotocatalítico tem início com a activação de um semicondutor através da absorção de radiação solar ou artificial, formando electrões na banda de condução (eCB-) e lacunas na banda de valência (hVB+). As lacunas são capazes de oxidar directamente as moléculas de corante, ou reagir com as moléculas de H2O adsorvidas e iões HO- oxidando-os a radicais HO•. Os electrões fotogerados podem reduzir as moléculas de corante, reagir com moléculas de O2 adsorvidas na superfície do semicondutor ou dissolvidas na água, reduzindo-as ao anião superóxido O2•-, que também participa no processo de degradação. Neste trabalho foi investigada a aplicação da fotocatálise na descoloração e consequente degradação de corantes reactivos utilizados na indústria têxtil, na presença do semicondutor dióxido de titânio (TiO2) e sob irradiação da luz Ultravioleta (UV). Estudou-se a influência do fluxo de gás reactivo (O2) usado durante a pulverização catódica das amostras de TiO2, a sua estrutura cristalina e as estruturas químicas apresentadas pelos corantes na cinética de degradação. O processo de degradação dos corantes foi monitorizado através do recurso à espectroscopia UV/visível. Através dos resultados obtidos concluiu-se que a degradação dos corantes seguiu uma cinética de primeira ordem, que foi fortemente influenciada pelos parâmetros analisados: os corantes com estrutura azo são mais facilmente degradados do que os corantes antraquinónicos; as amostras de TiO2 demonstraram ser mais eficientes fotocataliticamente quando o consumo de oxigénio é optimizado na sua produção, levando à formação de compostos estequiométricos; esta eficiência também foi verificada para as amostras mais policristalinas, tendo-se obtido constantes de degradação mais elevadas. Atendendo aos resultados obtidos neste estudo, pode afirmar-se que a degradação fotocatalítica apresenta características bastante promissoras, o que torna possível, e como já se verifica, aplicações desta técnica à escala industrial para descontaminação dos efluentes provenientes da indústria têxtil.The demand of effective technologies, having in mind the treatment of textile effluents, has become more intense as to solve this environmental problem. In this context, the Advanced Oxidation Processes (POAs) appear like innovatory technologies based on the formation of reactive species, such as hydroxyl radicals (HO•). These radicals are extremely reactive, they present reduced selectivity and are capable to oxidate a broad range of organic pollutants. As a result of these processes, the photocatalytic degradation should be distinguished due to the high efficiency that it has been demonstrating, regarding the degradation of organic compounds. This photocatalytic process begins with the activation of a semiconductor through the absorption of solar or artificial radiation, forming electrons in the conduction band (eCB-) and holes in the valence band (hVB+). The holes are able to oxidate the dyes molecules, or react with the adsorbed H2O molecules and HO- ions oxidating them to HO• radicals. The photogenerated electrons can reduce the dyes molecules, react with adsorbed O2 molecules in the surface of the semiconductor or dissolved in water, reducing them to an superoxide anion O2 •-, that also participates in the degradation process. In this project the application of the photocatalysis was investigated in the discoloration and the consequent degradation of reactive dyes used in the textile industry, in the presence of the semiconductor dioxide of titanium (TiO2) and under Ultraviolet radiation (UV). It was also studied the influence of the flow of the reactive gas (O2) used during the cathodic pulverization of the TiO2 samples, its crystalline structure and the chemical structures presented by the dyes in the degradation kinetic. The process of degradation of the dyes was monitored through spectroscopy UV/visible. The results obtained showed that the degradation of the dyes followed a first-order kinetic that was strongly influenced by the analysed parameters: the dyes with azo structure are easier degraded than antraquinonic dyes; the TiO2 samples revealed to be more efficient to photocatalysis when the consumption of oxygen is optimized in its production, leading to the formation of stoichiometrics compounds; this efficiency was also verified in polycrystalline samples, where higher degradation constants were obtained. Considering the obtained results in this study, it is possible to state that the photocatalytic degradation presents quite promising characteristics, which makes possible, and as already occurs, the application of this technique for industrial-scale decontamination of textile effluents