Estudo dos processos eletroquímicos: eletrooxidação e eletrocoagulação

O tratamento físico-químico de águas residuais, de origem industrial, mais comum é o tratamento baseado na adição de coagulante e floculante a um efluente. No entanto, o tratamento eletroquímico é um tipo de tratamento que tem vindo a ser explorado e estudado com mais ênfase ao longo dos últimos anos. O tratamento eletroquímico é uma tecnologia AOP (Processos de Oxidação Avançada) e divide-se em eletrólise direta (oxidação e redução) e indireta (eletrocoagulação-flotação e eletrooxidação). A eletrocoagulação e eletrooxidação divergem apenas pelo tipo de reações que ocorrem, devido ao material que constitui os elétrodos. São processos complexos com uma multiplicidade de mecanismos que operam sinergicamente para remover poluentes da água. Tendo em conta a sua complexidade e ainda dificuldade de compreensão, existem na literatura diferentes versões acerca de quais os mecanismos chave, assim como diversas configurações geométricas de reatores e elétrodos. Atualmente, este tipo de tratamento tem vindo a evoluir, tornando-se num método economicamente viável para o tratamento de uma grande variedade de águas residuais, nomeadamente, aquelas que possuem compostos recalcitrantes na sua composição. O presente trabalho foi realizado nas instalações da VentilAQUA S.A. e, tendo em conta a sua área de especialidade, o trabalho exposto focou-se no desenvolvimento de soluções técnicas de AOP, nomeadamente na área eletroquímica (eletrocoagulação e eletrooxidação),para estudo dos parâmetros operacionais numa nova configuração geométrica para os elétrodos. Tendo por base os contributos da revisão bibliográfica, o estudo incidiu num reator tubular, com elétrodos de inox dispostos de forma concêntrica, à mesma distância entre si. Com este reator foram executados variados testes, com diferentes efluentes, que permitiram obter resultados operacionais de otimização de funcionamento, tendo em vista a remoção de poluentes. O estudo financeiro associado permitiu concluir que a eletrooxidação é significativamente mais económica que o tratamento físico-químico, nas condições operacionais e para os efluentes tratados. Relativamente ao Acompanhamento e Gestão de ETAR’s (Capítulo 4) foi possível verificar que todos os casos em estudo apresentam uma boa eficiência de remoção de matéria orgânica, permitindo a descarga do seu efluente com uma carga poluente que cumpre com os requisitos legais de descarga em meio hídrico.

Síntese de nanopartículas de prata suportadas sobre nanotubos de carbono de paredes múltiplas para eletrooxidação de benzeno

Silver nanoparticles (Ag) were deposited on multi-walled carbon nanotube by eletroless. The hybrid Ag/MWCNT was used in the modification of glassy carbon electrode (GC) surface. The electrochemical characterization confirmed the presence of Ag in the nanocomposite has been showed that the synthesis was successful. The GC electrode modified with Ag/MWCNT film was evaluated for electro-oxidation of benzene. The electrochemical behavior presented an improvement on the catalytic surface in relation to non-modified GC electrode. The anodic peak current increased the magnitude in three times when compared with the CG electrode modified only with MWCNT

O efeito da ordenação e estrutura geométrica dos materiais PtSn/C e PdSn/C na eletrooxidação do glicerol em meio alcalino

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Síntese, análise e caracterização do filme polimérico da eletrorredução do furfural sobre platina em acetonitrila

O presente trabalho apresenta um estudo sistemático para obter um filme polimérico a partir da eletrooxidação e eletrorredução do furfural. O filme foi crescido sobre a superfície do eletrodo usando-se três técnicas eletroquímicas: voltametria cíclica (VC); a cronoamperometria e a cronopotenciometria. Estas técnicas foram usadas em ambos os processos. Inicialmente foi testada a eletrooxidação e polimerização do furfural sobre o eletrodo de platina brilhante em solução aquosa de ácido sulfúrico 0,50 mol L-1. A influência de algumas variáveis como a concentração de furfural e o tempo de polarização foram estudadas. Os resultados confirmam a formação de um filme fino sobre a superfície do eletrodo, entretanto com uma aderência ruim. Este efeito foi atribuído à solubilidade do filme em meio aquoso. Devido a isto, realizou-se experimentos em meio não aquoso, usando acetonitrila como solvente. O eletrodo de trabalho usado neste caso foi a platina platinizada, este foi usado com o objetivo de se aumentar a superfície ativa do eletrodo e o eletrólito suporte usado foi o cloreto de tetrametilamônio 0,1 mol L-1. Neste caso a polarização anódica foi realizada pelas três técnicas com objetivo de melhorar a aderência do filme sobre a superfície do eletrodo. Entretanto a qualidade do filme diminui com o aumento da concentração de água presente no meio. Uma nova estratégia foi adotada, entretanto, envolvendo a formação de um filme por eletrorredução do furfural, sobre a superfície do eletrodo de platina, em acetonitrila e cloreto de lítio como eletrólito suporte. Os resultados confirmam um filme polimérico poroso e espesso, sobre a superfície do eletrodo usando as técnicas eletroquímicas. A aderência deste filme foi melhor se comparada com a do filme obtido anteriormente. O filme foi caracterizado por medidas eletroquímicas, por Ressonância Magnética Nuclear, por espectroscopia de Ultra-violeta, por espectroscopia de Infra-vermelho, Cromatografia de permeação em gel e, por DSC. Os dados obtidos permitiram estabelecer uma proposta de mecanismo que inclui a presença da acetonitrila na formação do filme polimérico obtido sobre a superfície do eletrodo de platina.

Polimerização eletroquímica do furfural em meio aquoso de ftalato ácido de potássio sobre platina e carbono vítreo reticulado

O presente trabalho apresenta um estudo sistemático para a obtenção de um filme polimérico a partir da eletrooxidação do furfural (2-furanoaldeído). O filme foi crescido sobre a superfície do eletrodo de platina (Pt) e sobre carbono vítreo reticulado (CVR). Três técnicas eletroquímicas foram usadas: cronopotenciometria com correntes de 10 mA, voltametria cíclica por ciclagens sucessivas no intervalo de potencial de 2,0 V à 2,70 V (Ag/AgCl) e a cronoamperometria, no potencial de 2,65 V (Ag/AgCl). Diferentes eletrólitos foram testados em solução aquosa sobre Pt. O sal biftalato de potássio foi o eletrólito suporte mais adequado para formação do filme sobre ambos eletrodos, Pt e CVR. Os resultados obtidos confirmam a formação de um filme branco sobre a superfície dos eletrodos, entretanto, com alguma solubilização no próprio meio. Esta solubilidade do filme em meio aquoso permitiu atribuir-lhe características de polieletrólito. Evidências desta característica se confirmam pelas propriedades físico-químicas das soluções do filme testadas resultando no aumento da acidez e no aumento da condutividade do meio, quando se comparam as soluções de biftalato ácido de potássio com as do filme polimérico Os resultados revelam a formação de um filme poroso e espesso sobre a superfície dos eletrodos, com características que dependem do método eletroquímico empregado, bem como do tempo de polarização. A visualização do filme foi registrada por fotografias digitais e caracterizada por microscopia eletrônica de varredura. O crescimento do filme pelo método cronopotenciométrico forneceu os melhores resultados em termos de aderência e volume. Uma observação importante refere-se ao caráter condutor do filme formado, uma vez que medidas eletroquímicas dos eletrodos modificados não acusaram um decaimento significativo das correntes. Além das medidas eletroquímicas, a condutividade do polímero, determinada pelo método das quatro pontas, resultou num valor de 100 µS cm-1 para o obtido potenciostaticamente e de 150 µS cm-1 para o obtido galvanostaticamente. A caracterização do filme envolveu as medidas térmicas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e a análise termogravimétrica (TGA). As medidas espectroscópicas como o ultravioleta, infravermelho, Raman, ressonância magnética nuclear de H1 e de C13 diretamente com o filme formado ou através de suas soluções em solventes adequados, confirmaram a participação de ambos os anéis ftálico e furânico na estrutura do filme.

Tratamento eletroquímico de água produzida sintética para remoção de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

The aim of this work is the treatment of produced water from oil by using electrochemical technology. Produced water is a major waste generated during the process of exploration and production in the oil industry. Several approaches are being studied aiming at the treatment of this effluent; among them can be cited the biological process and chemical treatments such as advanced oxidation process and electrochemical treatments (electrooxidation, electroflotation, electrocoagulation, electrocoagulation). This work studies the application of electrochemical technology in the treatment of the synthetic produced water effluent through the action of the electron, in order to remove or transform the toxic and harmful substances from the environment by redox reactions in less toxic substances. For this reason, we used a synthetic wastewater, containing a mixture H2SO4 0,5M and 16 HPAs, which are: naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, benzo (a) anthracene, chrysene, benzo(b)fluoranthene, benzo(k) fluoranthene, benzo(a)pyrene, indeno(1,2,3-cd)pyrene, dibenzo(a, h)anthracene, benzo(g, h, i)perylene. Bulk electrochemical oxidation experiments were performed using a batch electrochemical reactor containing a pair of parallel electrodes, coupled with a power supply using a magnetic stirrer for favoring the transfer mass control. As anodic material was used, a Dimensionally Stable Anode (DSA) of Ti/Pt, while as cathode was used a Ti electrode. Several samples were collected at specific times and after that, the analysis of these samples were carried out by using Gas Chromatography Coupled to Mass Spectrometry (GC - MS) in order to determine the percentage of removal. The results showed that it was possible to achieve the removal of HPAs about 80% (in some cases, more than 80%). In addition, as an indicator of the economic feasibility of electrochemical treatment the energy consumption was analyzed for each hour of electrolysis, and based on the value kWh charged by ANEEL, the costs were estimated. Thus, the treatment costs of this research were quite attractive

Quantificação eletroquímica de analitos de interesse ambiental e biológico, empregando novos materiais preparados a partir de silsesquioxanos funcionalizados

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Avaliação do tratamento eletroquímico (direto e indireto) como alternativa de degradação do corante azul de metileno

Textile industry has been a cause of environmental pollution, mainly due to the generation of large volumes of waste containing high organic loading and intense color. In this context, this study evaluated the electrochemical degradation of synthetic effluents from textile industry containing Methylene Blue (AM) dye, using Ti/IrO2-Ta2O5 and Ti/Pt anodes, by direct and indirect (active chlorine) electrooxidation. We evaluated the influence of applied current density (20, 40 and 60 mA/cm2 ), and the presence of different concentrations of electrolyte (NaCl and Na2SO4), as well as the neutral and alkaline pH media. The electrochemical treatment was conducted in a continuous flow reactor, in which the electrolysis time of the AM 100 ppm was 6 hours. The performance of electrochemical process was evaluated by UV-vis spectrophotometry, chemical oxygen demand (COD) and total organic carbon (TOC). The results showed that with increasing current density, it was possible to obtain 100 % of color removal at Ti/IrO2-Ta2O5 and Ti/Pt electrodes. Regarding the color removal efficiency, increasing the concentration of electrolyte promotes a higher percentage of removal using 0,02 M Na2SO4 and 0,017 M NaCl. Concerning to the aqueous medium, the best color removal results were obtained in alkaline medium using Ti/Pt. In terms of organic matter, 86 % was achieved in neutral pH medium for Ti/Pt; while a 30 % in an alkaline medium. To understand the electrochemical behavior due to the oxygen evolution reaction, polarization curves were registered, determining that the presence of NaCl in the solution favored the production of active chlorine species. The best results in energy consumption and cost were obtained by applying lower current density (20 mA/cm2 ) in 6 hours of electrolysis.

Estudo da eficiência eletroquímica para tratamento de chorume gerado em aterro sanitário brasileiro

This work was performing effluent degradation studies by electrochemical treatment. The electrochemical oxidation (EO) hydroquinone (H2Q) was carried out in acid medium, using PbO2 electrode by galvanostatic electrolysis, applying current densities of 10 and 30 mA/cm2 . The concentration of H2Q was monitored by differential pulse voltammetry (DPV). The experimental results showed that the galvanostatic electrolysis process performance significantly depends on the applied current density, achieving removal efficiencies of 100% and 80 % and 10 applying 30 mA/cm2 , respectively. Furthermore, the electroanalytical technique was effective in H2Q be used as a detection method. In order to test the efficiency of PbO2 electrode, the electrochemical treatment was conducted in an actual effluent, leachate from a landfill. The liquid waste leachate (600ml effluent) was treated in a batch electrochemical cell, with or without addition of NaCl by applying 7 mA/cm2 . The efficiency of EO was assessed against the removal of thermo-tolerant coliforms, total organic carbon (TOC), total phosphorus and metals (copper, cobalt, chromium, iron and nickel). These results showed that efficient removal of coliforms was obtained (100%), and was further decrease the concentration of heavy metals by the cathode processes. However, results were not satisfactory TOC, achieving low total removal of dissolved organic load. Because it is considered an effluent complex were developed other tests with this effluent to monitor a larger number of decontamination parameters (Turbidity, Total Solids, Color, Conductivity, Total Organic Carbon (TOC) and metals (barium, chromium, lithium, manganese and Zinc), comparing the efficiency of this type of electrochemical treatment (EO or electrocoagulation) using a flow cell. In this assay was compared to electro streaming. In the case of the OE, Ti/IrO2-TaO5 was used as the anode, however, the electrocoagulation process, aluminum electrodes were used; applying current densities of 10, 20 and 30 mA/cm2 in the presence and absence of NaCl as an electrolyte. The results showed that EO using Ti/IrO2–TaO5 was anode as efficient when Cl- was present in the effluent. In contrast, the electrocoagulation flow reduces the dissolved organic matter in the effluent, under certain experimental conditions.