Desenvolvimento de catalisador Fenton heterogêneo a partir do lodo do tratamento físico-químico de efluentes da indústria têxtil para a degradação de fenol em água

Abstract

O fenol é uma das substâncias predominantes em efluentes de refinarias de petróleo e, além de ser considerado um composto tóxico, é recalcitrante no meio ambiente. Diversos métodos para a redução de compostos fenólicos em efluentes industriais têm sido estudados e, dentre eles, o processo Fenton tem sido amplamente empregado. O processo Fenton homogêneo atua eficientemente na oxidação decompostos, porém apresenta algumas desvantagens como a produção de lodo metálico. Face a esta problemática, o ferro pode ser imobilizado em suportes dando a origem a um catalisador para o processo Fenton heterogêneo. Muitos trabalhos foram realizados com o objetivo de encontrar catalisadores ativos e estáveis à lixiviação de ferro. Contudo, a maioria deles, apresentou perda do metal relativamente alta devido ao baixo pH de operação. O lodo têxtil, por sua vez, tem indicadocaracterísticas físico-químicas que podem ser vantajosas se aplicadas nesse processo. Portanto, neste trabalho foram preparados catalisadores de ferro a partir do material carbonoso resultante da pirólise do lodo físico-químico do tratamento do efluente têxtil, para o tratamento do fenol em água. O lodo têxtil foi caracterizado por análises físico-químicas e de composição de metais. Foi avaliada a influência da temperatura de pirólise e da concentração de Sulfato Ferroso no teor de ferro dos catalisadores obtendo-se dois catalisadores com 1,5 e 5,6 % de ferro. Esses catalisadores foram caracterizados por análise de área superficial BET, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDX) e Difração de Raios-X (DRX). Avaliou-se a influência de fatores determinantes na peroxidação catalítica do fenol e, com base nos resultados, encontrou-se uma condição ótima: pH 3, temperatura 60 ºC, 3 g·L-1 do catalisador contendo 5,6 % de ferro e 11,8 mmol·L-1 de H2O2. A análise de metais indicou que o lodo têxtil possui metais de interesse como o alumínio, ferro e cobre em sua composição. A caracterização dos catalisadores indicou uma área superficial com microporosidade bem desenvolvida e a presença de estruturas de hematita na matriz carbonosa. O processo de degradação alcançou uma conversão de 98,2 % de fenol com 68,2 % de mineralização, 88,2 % de eficiência do consumo de oxidante e 2,11 mg·L-1 de ferro lixiviado em 150 min de reação. O catalisador apresentou atividade por até 5 ciclos de uso, porém com perda na eficiência.

Abstract : Phenol is one of the predominant substances in the petroleum refineries wastewaters. It is considered toxic and recalcitrant to the environment. Several methods for the phenol removal in industrial wastewater have been studied and among them, Fenton process has been widely used. The homogeneous Fenton system acts efficiently in the removal of organic compounds, but it has some disadvantages such as the production of chemical sludge. Based on these considerations, the iron can be immobilized over a support, giving rise to the heterogeneous Fenton catalysts. Several studies were devoted to search stable catalysts with no or very low iron leaching under the operational conditions of the process. However, most of them showed relatively high iron loss due to the low pH. Alternatively, the textile sludge has indicated physicalchemical properties that can be advantageous if applied to this process. Therefore, in this work, iron catalysts were prepared from the physicalchemical textile sludge for the treatment of phenol in water. The textile sludge was characterized by physical-chemical and metal composition analyses. The influence of the pyrolysis temperature and the ferroussulfate concentration on the catalysts iron content was evaluated, obtaining two catalysts with 1.5 and 5.6 %. These catalysts were characterized by BET surface area, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The determinant factors on phenol catalytic peroxidation were evaluated, and an optimal condition was found at pH 3, 60 ºC, 3 g·L-1 of the catalyst containing 5.6 % of iron and 11.8 mmol·L-1 of H2O2. The metal analysis indicated that the textile sludge has metals of interest for the heterogeneous Fenton process such as aluminum, iron, and copper in its composition. The catalysts characterization indicated a reasonable surface area with a well-developed microporosity and the presence of Hematite structures in the carbonaceous matrix. The degradation process achieved 98.2 % of phenol conversion, 68.2 % of mineralization, 88.2 % of the efficiency of oxidant consumption and 2.11 mg·L-1 of iron leaching in 150 min of reaction. The catalyst presented activity for up to 5 cycles of use, but with loss of efficiency.