Estudo químico da degradação do corante alaranjado de metila por plasma frio de descarga elétrica de alta tensão

Abstract

O presente trabalho trata da utilização de um reator de plasma frio de descarga elétrica de alta tensão estabilizada por fluxo de gás sobre a degradação do corante azo Alaranjado de metila (AM) em solução aquosa.Enfoque é dado nas espécies químicas ativas formadas e nos subprodutos de degradação em função dos diferentes gases plasmogênicos. O estudo da influência dos parâmetros experimentais do sistema de plasma mostrou que a taxa de descoloração do AM é maior em função do aumento da temperatura da solução e da potência elétrica aplicada, enquanto é menor em função do aumento da concentração do AM. Demais parâmetros de funcionamento apresentaram valores ótimos de 10 mm para o gap de descarga, 1,0 L min-¹ para o fluxo de gás, 500 rpm para a agitação da solução e valor de pH igual a 2. Nessas condições, todos os experimentos de descoloração do AM ocorreram segundo um perfil cinético de ordem zero para os três gases plasmogênicos. H2O2 foi produzido em fase aquosa com três diferentes perfis de produção utilizando N2, O2 e Ar na formação do plasma. NO2- e NO3- foram identificados apenas quando se utilizou plasma de N2. Na aplicação do plasma de N2, estima-se que H2O2, NO2- e NO3- participem de um equilíbrio em que H2O2 e NO2- são consumidos na reação de formação do ácido peroxinitroso, o qual, se não consumido, sofre isomerização para ácido nítrico. Experimentos de espectroscopia de emissão ótica revelaram espécies radicalares (H, OH, O), excitadas (Ar*, N2*) e outras mais no espectro de emissão do plasma de Ar. A influência do gás plasmogênico mostrou que a produção de radicais OH e H é maior segundo a ordem: Ar > O2 > N2. A região de maior produção para ambos os radicais se identificou na interface líquido/plasma. A água ativada por plasma foi constatada para os três gases plasmogênicos, sendo que a total descoloração do AM ocorreu apenas na ativação por plasma de N2. Experimentos de cromatografia líquida de alta eficiência revelaram a formação de distintos subprodutos em fase líquida para a degradação do AM em função dos diferentes gases plasmogênicos e em função dos diversos sistemas tamponantes utilizados. Já na fase gasosa foram identificados os subprodutos CO2, N2O, NO, HNO3, NO2 e N2O5 durante a aplicação de plasma de N2; CO2 e NO2 para plasma de O2; e CO2, NO,HNO3, NO2 e N2O5 para plasma de Ar. A quantificação do CO2 produzidoevidenciou que a mineralização do AM seguiu a ordem Ar > O2 > N2,enquanto que a descoloração seguiu a ordem O2 > N2 > Ar, mostrando que descoloração e mineralização são diferentes processos.<br>

Abstract: The present work deals about the use of a high voltage discharge nonthermal plasma reactor stabilized by gas flow on the degradation of the azodye Methyl Orange (MO) in aqueous solution. Focus is given on the active species formation and degradation byproducts according to different plasma feed gases. Study on the influence of experimental parameters ofplasma system shown that the rate of MO decay is higher as the increase of solution temperature and electric power applied, while is lower as the MO concentration is higher. Other experimental parameters presented optimal values such as 10 mm for the discharge gap, 1.0 L min?1 for gasflow, 500 rpm for solution mixing and pH value of 2. Under these experimental parameters, all MO color decay experiments followed a kinetic profile of zero order for the three feed gases used. H2O2 wasidentified in the aqueous phase with three different profiles production using N2, O2 and Ar as feed gases, while NO2- and NO3- were identifiedonly when N2 gas was used. Concerning N2 plasma application, it is estimated that H2O2, NO2- and NO3- participate in an chemical equilibriumin which H2O2 and NO2- are consumed in the peroxynitrous acid formation, which if not consumed, under goes isomerization to nitric acid. Opticalemission spectroscopy experiments revealed radicals (H, OH O),excited atoms and molecules (Ar *, N2 *) and other active species in the Arplasma emission spectrum. Different feed gases showed that the productionof OH and H radicals production is higher in the order: Air> O2 > N2. The region of highest production for both radicals were identified in the interface liquid/plasma. The Plasma Activated Water was observed for thethree feed gases, and the total MO decay occurred only in the N2 plasma activation. Chromatography analysis of the MO degradation in aqueousphase show various and different byproducts according different feed gasesand buffer systems used. In the gas phase CO2, N2O, NO, HNO3, NO2, andN2O5 were identified during the N2 plasma application; CO2 and NO2 forO2 plasma application ; and CO2, NO, HNO3, NO2, and N2O5 for Ar plasma application. Measurements of CO2 in the gas phase showed that the mineralization of MO followed the order Ar> O2 > N2, while the color decay followed the order O2 > N2 > Ar, showing that the color attenuation and mineralization are different processes.