Catalisadores heterogêneos a base de Fe3+ suportados em matrizes biopoliméricas, para aplicação na remoção de bisfenol A em solução via processo de oxidação avançada tipo Fenton modificado
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A poluição da água é uma questão ambiental de nível global a ser enfrentada nos dias atuais e entre os contaminantes da água, os compostos orgânicos ocupam papel de destaque. Diversos destes compostos apresentam alta toxicidade mesmo em concentrações baixas, despertando o interesse por novas tecnologias capazes de removê-los com eficiência. Entre várias tecnologias existentes para remover poluentes orgânicos da água, se encontram os processos de oxidação avançada, se destacando destes o processo Fenton devido a diversas vantagens que possui, porém, o processo Fenton apresenta algumas limitações, entre elas, a necessidade de se operar em valores de pH próximo a 3 e a geração de lodo no processo. Catalisadores heterogêneos a base de ferro suportado em diversas matrizes (zeólitas, fibras, sílica, carvão ativo, etc) tem se destacado como uma forma de superar estas limitações, além de ser facilmente recuperado e reutilizado ao final do processo. Este trabalho teve como objetivo sintetizar catalisadores heterogêneos a base de ferro suportado em biopolímeros (alginato, carboximetilcelulose, quitosana e goma xantana), aplicá-los na remoção do composto bisfenol A em solução em diversos valores de pH, com interesse especial no valor neutro ou próximo à neutralidade, bem como estudar as variáveis operacionais da reação (concentração de H2O2, dosagem de catalisador, pH, tempo e concentração de BFA) e capacidade de reciclo do catalisador. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que é possível realizar a remoção do bisfenol A em solução, operando a pH próximo a neutralidade (pH = 6,00) com alta eficiência. Foram preparados os catalisadores Alg-Fe3+, QuiGa-Fe3+ e CMC-Fe3+, contidos na literatura e desenvolvidos os catalisadores CMCGX-Fe3+, AlgCMC- Fe3+, AlgGX-Fe3+. O estudo permitiu selecionar o catalisador AlgCMC-Fe3+ como o melhor para continuidade deste estudo, este catalisador foi eficiente na remoção do BFA em solução, alcançando eficiência de remoção de 100% de BFA 2,00 mg/L em um intervalo de 2 h de reação, com capacidade de reciclo de até três vezes com mesma eficiência. Para concentração de 5,00 mg/L de BFA, foi possível garantir eficiência de remoção maior que 80% em um intervalo de 4 h de reação, com capacidade de reciclo de até duas vezes. No terceiro reciclo foi obtido eficiência de remoção de 61%. Para a concentração de 10,00 mg/L de BFA, foi possível obter entre 45 e 60% de remoção em 4 h de reação, com capacidade de reciclo de até três vezes. O estudo revelou que as melhores condições para remoção de BFA com alta eficiência de remoção (80 - 100%) em solução são: 53,00 mmol/L de H2O2, 4,000 g/L de esferas de catalisador AlgCMC-Fe3+, pH = 4,00 a 7,00, T = 25 oC, agitação de 100 rpm e concentração de BFA abaixo de 5,00 mg/L (ppm). Estes resultados mostram-se bastante eficazes considerando que as concentrações de BFA encontradas em águas contaminadas variam de ng/L (ppt) a mg/L (ppm).
Water pollution is a global environmental issue to be faced today and among water contaminants, organic compounds play a prominent role. Several of these compounds present high toxicity even at low concentrations, arousing interest in new technologies capable of removing them efficiently. Among several existing technologies to remove organic pollutants from the water, are the processes of advanced oxidation, standing out of these the Fenton process due to several advantages that it has, however, the Fenton process has some limitations, among them, the need to operate in values of pH close to 3 and the generation of sludge in the process. Heterogeneous catalysts based on iron supported on several matrices (zeolites, fibers, silica, active carbon, etc.) have stood out as a way to overcome these limitations, besides being easily recovered and reused at the end of the process. This work aimed to synthesize heterogeneous catalysts based on iron supported on biopolymers (alginate, carboxymethylcellulose, chitosan and xanthan gum), to apply them in the removal of the compound bisphenol A in solution at various pH values, with special interest in the neutral value or closed to neutrality, as well as to study the operational variables of the reaction (H2O2 concentration, catalyst dosage, pH, time and BFA concentration) and the catalytic recycle capacity. The results obtained in this study demonstrated that it is possible to carry out the removal of bisphenol A in solution, operating at pH close to neutrality (pH = 6.00) with high efficiency. Al-Fe3+, QuiGa-Fe3+ and CMC-Fe3+ catalysts, contained in the literature, were developed and the CMCGX-Fe3+, AlgCMC-Fe3+, AlgGX-Fe3+ catalysts were developed. The study allowed to select the AlgCMC-Fe3+ catalyst as the best for continuity this study, this catalyst was efficient in the removal of BFA in solution, achieving 100% removal efficiency of BFA 2.00 mg/L in a 2 hour reaction interval, with recyclability of up to three times with the same efficiency. At a concentration of 5.00 mg/L BFA, it was possible to assure removal efficiency of more than 80% in a 4 hour reaction interval, with a recyclability of up to two times. In the third recycle, removal efficiency of 61% was obtained. For the concentration of 10.00 mg/L BFA, it was possible to obtain between 45 and 60% removal in 4 h of reaction, with a recyclability of up to three times. The study showed that the best conditions for removal of BFA with high removal efficiency (80 - 100%) in solution are: 53,00 mmol/L H2O2, 4,000 g/L AlgCMC-Fe3+ catalyst beads, pH = 4,00 a 7,00, T = 25 °C, 100 rpm stirring and BFA concentration below 5.00 mg/L (ppm). These results are quite effective considering that the concentrations of BFA found in contaminated water vary from ng/L (ppt) to mg/L (ppm).
