Purificação de água : eliminação de nitratos, nitritos e compostos orgânicos utilizando catalisadores em pó e estruturados

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Zoppas, Fernanda Miranda
• Orientador(a): Miro, Eduardo Ernesto, Bernardes, Andrea Moura
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: spa
• Palavras-chave em Português: Tratamento da água; Catalisadores; Nitrato
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/188412

O Capítulo 1 introduz a presença de nitratos e nitritos no ambiente e descreve como isso afeta a saúde das pessoas. Além disso, são apresentados os métodos disponíveis para sua eliminação nas águas, citando suas vantagens e desvantagens. Se apresentam os objetivos desta tese. No Capítulo 2 é descrita a parte experimental desta tese. Na descrição, são levados em consideração a preparação dos suportes, a preparação, condicionamento e ativação dos catalisadores monometálicos e bimetálicos. Posteriormente, o capítulo termina com o detalhamento dos equipamentos e as condições experimentais com as quais se realizam as reações de eliminação catalítica de NO3- e NO2-. Também se apresentam as condições e técnicas de caracterização físico-química utilizadas para os catalisadores frescos e usados. Também são apresentados os processos de oxidação avançada para a degradação do ácido fórmico e as respectivas condições de avaliação. O Capítulo 3 apresenta os resultados da avaliação catalítica, utilizando catalisadores bimetálicos suportados em alumina na redução catalítica de nitratos e nitritos, utilizando o Pd e In como fases ativas. Os resultados referentes ao uso de agentes redutores alternativos são mostrados, entre os quais o principal em estudo, o ácido fórmico, como substituto do H2 gasoso, que é o tradicionalmente utilizado nos estudos encontrados na literatura. Os resultados da atividade catalítica também são apresentados em função do diferente método de redução no estágio usado na síntese, e como essa mudança afetou a atividade catalítica e seletividade para o gás nitrogênio. Foi exibida a caracterização destes catalisadores, frescos e usados, e suas características foram relacionadas à atividade catalítica obtida. Foi verificada uma maior dispersão no catalisador reduzido em fase aquosa. Além disso, os catalisadores sintetizados dessa forma têm uma superfície mais rica em índio do que o mesmo catalisador reduzido em fase gasosa. No mesmo capítulo, é feita uma comparação entre o uso de alumina em pó versus alumina em pellets, com o objetivo de verificar a perda de atividade catalítica quando este é influenciado pelo controle difusivo ao invés do controle químico. Obteve-se uma perda de atividade catalítica. Por outro lado, houve uma melhora na seletividade a para o produto desejado da reação, N2. 20 No capítulo 4, estuda-se a implementação de fibras de carbono, como um suporte estruturado com características diferentes e sua comparação com o desempenho observado para a alumina. Para este último propósito, as fibras Pd com diferentes quantidades de metal promotor são sintetizadas pela técnica de deposição autocatalítica. Estes catalisadores são testados com hidrogênio como agente redutor e depois com ácido fórmico. Quando hidrogénio foi utilizado como redutor, obteve-se a conversão total de nitratos no tempo de avaliação para as fibras com proporção Pd:In igual a 4: 1 e 2: 1. Os resultados obtidos foram relacionados com as propriedades do suporte. No entanto, quando se utilizou o ácido fórmico na redução de nitratos, observou-se o mesmo tipo de comportamento obtido anteriormente com os pellets, ou seja, uma perda de atividade catalítica e, como vantagem, foi observada uma melhoria significativa na seletividade a nitrogênio gasoso. Em seguida, apresentou-se a síntese de fibras monometálicas e bimetálicas com a mesma fase ativa (Pd e Pd, In) pela técnica de impregnação úmida. Estes catalisadores também foram avaliados, utilizando ácido fórmico como agente redutor. Os catalisadores mostraram uma atividade catalítica muito boa para a redução de nitritos. No entanto, a redução de nitrato foi incompleta em 120 minutos. Por outro lado, a seletividade aos gases nitrogenados foi próxima a 100%, superior à seletividade encontrada anteriormente nos estudos que utilizaram hidrogênio como agente redutor. No capítulo 5, é estudada a degradação do ácido fórmico por diferentes processos avançados de oxidação. Neste capítulo, a eficiência da degradação é demonstrada por quatro processos: fotólise direta, fotocatálise heterogênea, oxidação eletroquímica e fotoeletrooxidação. Este passo é necessário no dimensionamento do uso do ácido fórmico como agente redutor, pois é necessário, uma vez realizada a reação de redução para eliminar os nitratos, eliminar o fórmico remanescente se este não for totalmente consumido durante a redução de nitrato. Verificou-se que o processo eletroquímico é o que domina a oxidação do ácido fórmico em comparação com o processo fotoquímico e fotocatalítico. Além disso, o mecanismo pelo qual a oxidação ocorre é mediado, isto é, devido à geração de radicais HO• no meio. O mesmo estudo de degradação do ácido fórmico também é apresentado quando o nitrato está presente no meio. Houve um ligeiro aumento na eficiência de cada processo visto separadamente. No entanto, o próprio nitrato não se remove eficientemente durante o tratamento pelos processos avançados de oxidação do ácido fórmico e, nos casos em que foi reduzido, gerou predominantemente amônio. 21 No Capítulo 6, apresenta-se a aplicação do catalisador que apresentou o melhor compromisso entre atividade catalítica e seletividade, daquelas estudadas no Capítulo 3, à desnitrificação de águas naturais, a fim de avaliar a possibilidade de perda de atividade catalítica em condições reais de operação, estudando a interferência produzida por íons como cloretos, sulfatos, sódio, cálcio, entre outros, no desempenho catalítico e seletividade. O desempenho dos catalisadores é avaliado usando água "real" extraída de diferentes lugares da Argentina. A concentração de íons em águas naturais interfere na atividade do catalisador para a eliminação de nitratos. Observou-se um efeito negativo da presença de íons em águas naturais, mas não foi encontrado nenhum grupo específico, dentre os compostos que foram caracterizados, que poderia estar relacionado aos resultados de atividade catalítica encontrados. Finalmente, o Capítulo 7 apresenta as conclusões gerais da tese, bem como as perspectivas futuras.