22/11/2018

Pesquisa do CTC/PUC-Rio com a Universidade de Ferrara, na Itália, confirma método superior em economia, eficiência e rapidez para tratamento de resíduos industriais, sanitários e de redes pluviais lançados no meio ambiente

Estudo foi publicado na revista Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry. Processo reduziu de 16h para 1h o tempo de fotodegradação em microescala de moléculas de compostos aromáticos e corantes orgânicos utilizados nas indústrias de roupas e cosméticos

Uma pesquisa liderada por diferentes departamentos do Centro Técnico Científico da PUC-Rio (CTC/PUC-Rio), em parceria com Universidade de Ferrara, na Itália, deu origem ao artigo "Intensification of photocatalytic degradation of organic dyes and phenol by scale-up and numbering-up of meso and microfluidic TiO2 reactors for wastewater treatment", publicado na edição de setembro da revista científica Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, da Elsevier. O estudo confirmou que o uso padronizado do semicondutor dióxido de titânio (TiO2) em microreatores paralelizados torna a fotodegradação de corantes orgânicos (contaminantes tóxicos, provenientes tanto da indústria, quanto da rede doméstica) muito mais rápida e eficiente, podendo reduzir o processo, feito em 16h, para apenas 1h e utilizando uma quantidade bastante reduzida do semicondutor.

A pesquisa contou com apoio da Faperj e do CNPq e reuniu professores e alunos dos Departamentos de Química (Omar Pandoli, Druval Santos de Sá, Jefferson Rodrigues de souza), Física (Daniele Fulvio e Tomasso Del Rosso), Engenharia Mecânica (Danmer Maza) e Engenharia Química e de Materiais (Bojan Marinkovic e Leonardo Ewbank Vasconcelos) do CTC/PUC-Rio ao Prof. Alessandro Massi, do Departamento de Química da universidade italiana.

No estudo divulgado, a proposta era determinar a eficiência do dióxido de titânio comercial — um conhecido composto semicondutor de alta estabilidade, baixo custo, sem risco para seres humanos e meio ambiente, e bastante utilizado nas grandes indústrias e aplicável no tratamento de água não potável e corantes alimentares — na degradação dos corantes rodamina (utilizado para o tingimento de papel, madeira e derivados de celulose), azul de metileno (utilizado para pigmentação de roupas e cosméticos) e do composto aromático fenol (poluente gerado em refinarias, gaseificadores de coque e plantas petroquímicas). "O dióxido de titânio (TiO2), atualmente, é o material mais utilizado no tratamento de contaminantes tóxicos em águas residuais, de origem doméstica ou industrial, por apresentar alto desempenho fotocatalítico q uando estimulado com luz ultravioleta", revela o Prof. Omar Pandoli, coordenador do Laboratório de Química em dispositivos microfluídicos (MicroFlow ChemLab), aonde o estudo foi desenvolvido.

Sua área de estudos, a microfluídica, está entre as de maior destaque atualmente, no que diz respeito a questões ambientais. O professor explica que a microfluídica consiste em dispositivos que contêm canais com diâmetros micrométricos e alguns centímetros de comprimento (dependendo da geometria dos dispositivos), onde são injetados diferentes fluidos para que reajam entre si. Para que um processo de fotodegradação seja rápido e eficiente é necessário o uso de um fotocatalisador, que, com o auxílio de luz ultravioleta, acelera as reações de oxidação de determinadas substâncias orgânicas.

Esta tecnologia que consiste no controle de alta precisão de pequenos volumes de fluidos, cujos resultados incluem baixo custo, baixa energia, processos mais rápidos e portabilidade. Para minimizar os efeitos desta poluição, a microfluídica se revela uma aliada em potencial no tratamento destes poluentes.

Pandoli, no entanto, reforça que não há, na comunidade científica, um padrão para definir a eficiência dos fotocatalisadores não comerciais em geral. Com isso, a pesquisa publicada teve como premissa realizar um trabalho sistemático para estudar todos os parâmetros que pudessem influenciar a ação do TiO2 e criar uma padronização que possa ser aplicada mundialmente. Para chegar a essa padronização, os pesquisadores contaram com o apoio da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) na adaptação de equações matemáticas que permitiram normalizar a determinação da eficiência catalítica do dispositivo microfluídico, estabelecendo a quantidade de energia consumida para o processo de fotodegradação de um determinando volume de água residual por unidade de tempo.

Comparação de procedimentos revela oportunidades para a indústria

O estudo também comparou dois procedimentos utilizados para definir a eficiência do TiO2: o aumento de escala do volume de um mesoreator versus a paralelização de microrreatores. Segundo Pandoli, foi constatado que substituir o procedimento de aumento de escala pelo de paralelização em microescala se mostrou: muito mais eficiente em termos energéticos e em quantidade de matéria transformada por unidade de tempo; mais barato e mais rápido do que os processos utilizados atualmente, chegando a um resultado que tem tudo para chamar a atenção das indústrias que utilizam a química fina em suas aplicações. E reforça: "Ao invés de completar uma reação de fotodegradação em 16 horas, foi possível, com essa descoberta, obter a mesma quantidade de produto em apenas uma hora, por exemplo, ganhando em quantidade de energia de irradiação e reduzindo o tempo do processo químico em estudo".

Para Pandoli, uma vez que seja otimizado o processo em um microrreator, a indústria não terá necessidade de gastar dinheiro para estudo de escalonamento do processo químico em estudo para escala piloto e plantas industriais. O esforço econômico e de tempo para um aumento de escala pode ser eliminado: "Será oportuno, paralelizar pequenos reatores, para que, ao longo do tempo, seja obtida uma maior quantidade de produto por unidade de tempo. Multiplicando o número de microrreatores é possível aumentar a produtividade de um processo químico tornando esta tecnologia uma escolha estratégica para as empresas".

"As grandes empresas estão observando essa química na microescala com alto interesse, em função de seu alto desempenho", diz Pandoli. Ele pontua que, se o desempenho é alto, embora seja em microescala, é preciso mudar o paradigma de escalonamento de uma reação para utilizar esses sistemas de alto desempenho em escalas maiores pela indústria. De acordo com Pandoli, muitas empresas farmacêuticas precisam sintetizar e testar pequenas quantidades de moléculas de interesse farmacêuticos e, sendo muito caros, quanto menor a escala, melhor: "A tecnologia de microrreatores, chamada de MRT, microreactor technology, tem captado a atenção desta indústria e o desafio é justamente migrar processos realizados em ambientes macro para o micro, quando o aumento de escala pode alterar totalmente as condições cinéticas e termodinâmicas de um deter minado processo químico em função da escala de produção", conclui.


Fonte: Maria Estrella (PUC-Rio)