Avanços para a eliminação de compostos orgânicos voláteis através da oxidação fotocatalítica em leito fluidizado. - Diniz, Leonardo Almeida (2021)
A imposição de controles para emissão de poluentes gasosos visando à proteção da saúde humana e dos ecossistemas, em conjunto com as dificuldades associadas ao tratamento dos compostos orgânicos voláteis (COV), levaram ao estudo da fotocatálise heterogênea como um campo potencialmente capaz de gerar novas soluções para este problema. No entanto, devido à complexidade associada à aplicação de reatores fotocatalíticos em soluções da Engenharia Química, diferentes tipos de reatores já foram e continuam sendo propostos na literatura da área. Neste contexto, uma das configurações que se destaca é a dos reatores fotocatalíticos de leito fluidizado (RFLF). Nesta Tese, uma variedade de experimentos foi realizada em um reator deste tipo, com diferentes tipos de fotocatalisadores operando com diferentes vazões, cargas e poluentes (n-hexano, n-pentano, benzeno e tolueno). O objetivo estabelecido nesta Tese foi coletar dados de degradação dos poluentes no reator, e levantar comparações que permitiram o entendimento da melhor forma de operação de um RFLF do ponto de vista de diferentes valores como benchmarks, tais como sua velocidade espacial (VE) e taxa de remoção específica (TRE) . Para este fim, construiu-se uma unidade de testes para captação do ar, contaminação controlada e tratamento em um RFLF em operação contínua de estado estacionário. Diferentes materiais fotocatalíticos à base de dióxido de titânio (TiO2) em fase anatase foram sintetizados, caracterizados, testados e discutidos com foco na sua aplicabilidade em um processo fluidizado, entre eles o TiO2 comercial (Subcapítulos 1 e 2), TiO2 agregado (Subcapítulo 2) e TiO2 recoberto em SiO2 amorfa (Subcapítulos 3 e 4). O conjunto de resultados obtidos ao longo dos quatro subcapítulos aqui apresentados levou à conclusão de que o RFLF construído para o tratamento de ar neste trabalho deve ser operado com fotocatalisadores com distribuição de tamanho de partículas que resulte em um comportamento de Grupo Geldart A e utilizando-se da taxa máxima de recirculação de sólidos proporcionada pelo projeto do reator, Gs = 0,9 kg m2 s -1 , e uma vazão de operação, com Q = 12,5 L min-1 , que proporcionou um regime de fluidização turbulento, significando VE = 16,8×10-3 dia-1 . Como generalizações, foi possível apontar que fotocatalisadores com esta distribuição de tamanhos levaram à formação de bolhas com maior concentração de partículas fotoativas quando o reator operou em velocidades mais baixas (fluidização borbulhante) e a uma distribuição mais homogênea das partículas ao longo do reator quando o mesmo operou em velocidades mais altas (fluidização turbulenta e rápida). Entre outros resultados, foi mostrado que os regimes de fluidização de alta velocidade levaram a um aumento de duas ordens de magnitude na TRE do reator, de 0,36 mg g -1 h -1 nos melhores resultados em regime borbulhante do Subcapítulo 1, para 32 mg g -1 h -1 nos melhores resultados em regimes de alta velocidade no Subcapítulo 3, uma vez que a fluidização em alta velocidade contorna as limitações de contato entre o gás tratado, o material fotoativo e a radiação UV no reator.