Aplicação e otimização de métodos eletroquímicos combinados para remoção e determinação de cromo hexavalente em efluentes simulados

Hexavalent chromium is a heavy metal present in various industrial effluents, and depending on its concentration may cause irreparable damage to the environment and to humans. Facing this surrounding context, this study aimed on the application of electrochemical methods to determine and remove the hexavalent chromium (Cr6+) in simulated wastewater. To determine was applied to cathodic stripping voltammetry (CSV) using ultra trace graphite electrodes ultra trace (work), Ag/AgCl (reference) and platinum (counter electrode), the samples were complexed with 1,5- diphenylcarbazide and then subjected to analysis. The removal of Cr6+ was applied electrocoagulation process (EC) using Fe and Al electrodes. The variables that constituted the factorial design 24, applied to optimizing the EC process, were: current density (5 and 10 mA.cm-2), temperature (25 and 60 ºC), concentration (50 and 100 ppm) and agitation rate (400 and 600 RPM). Through the preliminary test it was possible the adequacy of applying the CSV for determining of Cr6+, removed during the EC process. The Fe and Al electrodes as anodes sacrifice showed satisfactory results in the EC process, however Fe favored complete removal in 30 min, whereas with Al occurred at 240 min. In the application of factorial design 24 and analysis of Response Surface Methodology was possible to optimize the EC process for removal of Cr6+ in H2SO4 solution (0.5 mol.L-1), in which the temperature, with positive effect, was the variable that presented higher statistical significance compared with other variables and interactions, while in optimizing the EC process for removal of Cr6+ in NaCl solution (0.1 mol.L-1) the current density, with positive effect, and concentration, with a negative effect were the variables that had greater statistical significance with greater statistical significance compared with other variables and interactions. The utilization of electrolytes supports NaCl and Na2SO4 showed no significant differences, however NaCl resulted in rapid improvement in Cr6+ removal kinetics and increasing the NaCl concentration provided an increase in conductivity of the solution, resulting in lower energy consumption. The wear of the electrodes evaluated in all the process of EC showed that the Al in H2SO4 solution (0.5 mol.L-1), undergoes during the process of anodization CE, then the experimental mass loss is less than the theoretical mass loss, however, the Fe in the same medium showed a loss of mass greater experimental estimated theoretically. This fact is due to a spontaneous reaction of Fe with H2SO4, and when the reaction medium was the NaCl and Na2SO4 loss experimental mass approached the theoretical mass loss. Furthermore, it was observed the energy consumption of all processes involved in this study had a low operating cost, thus enabling the application of the EC process for treating industrial effluents. The results were satisfactory, it was achieved complete removal of Cr6+ in all processes used in this study.

O cromo hexavalente é um dos metais pesados presente em diversos efluentes industriais, e dependendo de sua concentração pode causar danos irreparáveis ao meio ambiente e aos seres humanos. Diante deste contexto, este trabalho objetivou-se na aplicação de métodos eletroquímicos para monitorar e remover o Cr6+ em efluente simulado. Para o monitoramento foi aplicada a Voltametria de Pulso Diferencial (VPD), utilizando os eletrodos de ultra traço de grafite (trabalho), Ag/AgCl (referência) e platina (contra-eletrodo), as amostras coletadas foram complexadas com a 1,5-difenilcarbazida e em seguida submetidas à análise. Na remoção de Cr6+ foi aplicado o processo de eletrocoagulação (EC), utilizando eletrodos de Fe e Al. As variáveis que constituíram o planejamento fatorial 24, aplicado para otimização do processo de EC, foram: densidade de corrente (5 e 10 mA.cm-2), temperatura (25 e 60ºC), concentração (50 e 100 ppm) e velocidade de agitação (400 e 600 RPM). Através dos testes preliminares foi possível a adequação da aplicação da VPD para o monitoramento de Cr6+, removido durante a o processo de EC. Os eletrodos de Fe e Al, como ânodos de sacrifício, mostraram resultados satisfatórios no processo de EC, entretanto o Fe favoreceu uma remoção completa em 30 min, enquanto que, com Al ocorreu em 240 min. Na aplicação do planejamento fatorial 24 e análise da Metodologia de Superfície de Resposta foi possível a otimização do processo de EC para remoção de Cr6+ em H2SO4 0,5 mol.L-1, na qual a temperatura, com efeito positivo, foi a variável que apresentou maior significância estatística em relação às demais variáveis e interações, enquanto que na otimização do processo de EC para remoção de Cr6+ em NaCl 0,1 mol.L-1 a densidade de corrente, com efeito positivo, e a concentração, com efeito negativo, foram as variáveis que apresentaram maior significância estatística em relação à temperatura, velocidade de agitação e as demais interações. A utilização dos eletrólitos suportes NaCl e Na2SO4 não apresentaram diferenças significativas, entretanto o NaCl apresentou uma rápida melhora na cinética de remoção de Cr6+, e o aumento da concentração de NaCl proporcionou um aumento na condutividade da solução, o que resultou em menor consumo energético. Os desgastes dos eletrodos avaliados em todos os processo de EC mostraram que o Al em H2SO4 0,5 mol.L-1, sofre anodização durante o processo de EC, logo a perda de massa experimental é menor que a perda de massa teórica, entretanto Fe, no mesmo meio, mostrou uma perda de massa experimental maior que a estimada teoricamente, porque ocorre uma reação espontânea do Fe com H2SO4, e quando o meio reacional foi o NaCl e Na2SO4 a perda de massa experimental aproximou-se da perda de massa teórica. E ainda foi verificado o consumo energético de todos os processos aplicados neste estudo, os quais apresentaram um baixo custo operacional, viabilizando desta forma a aplicação do processo de EC para o tratamento de efluentes industriais. Os resultados obtidos foram satisfatórios, pois foi alcançada a remoção completa do Cr6+ em todos os processos aplicados neste estudo.