Novas perspectivas para catalisadores à base de carbono modificado configurados como eletrodos de difusão gasosa para a produção eficiente de H2O2 em processos de tratamento de efluentes: uma abordagem de - Kronka, Matheus Schiavon (2023)
O desenvolvimento de catalisadores altamente eficientes para produção de H2O2 através da reação de redução do oxigênio (RRO) é crucial para viabilizar os processos electro-Fenton (EF) e fotoelectro-Fenton (FEF) para o tratamento de efluentes reais. O objetivo desta tese foi desenvolver e otimizar catalisadores com baixo teor de metais suportados em carbono Printex L6 (PL6C) para alcançar uma elevada seletividade na produção de H2O2 (SH2O2). Além disso, esta tese também teve como objetivo avaliar a viabilidade da implementação de um novo modelo de eletrodo de difusão gasosa (EDG) aplicado em um reator de fluxo para o tratamento de efluentes reais contaminados. No Capítulo I foi desenvolvido um catalisador contendo um carregamento de <1% Pd sobre a matriz PL6C (Pd1%/PL6C), que alcançou alta SH2O2 (~90%) e um ganho de 320mV no início da reação em comparação com a matriz não modificada. Esse efeito foi devido ao baixo teor de metal e pelo grande espaçamento entre as nanopartículas de Pd, que evitaram o mecanismo de readsorção de H2O2, impedindo sua redução indesejada a H2O. O Pd1%/PL6C foi eficientemente aplicado para a remoção de 0,5 mmol L-1 de metilparabeno em 8 minutos pelo processo FEF a j = 33,3 mA cm-2 em escala laboratorial. No entanto, constatou-se que os grupos funcionais da matriz de carbono causaram um efeito de carga positiva parcial das NPs metálicas.Então, um suporte alternativo baseado em ZrO2 disperso em PL6C foi desenvolvido no Capítulo II por meio de síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas (MAH). O material composto por 5,1% de ZrO2 (m/m) foi obtido na condição ótima da síntese MAH, exibindo 89% de SH2O2. Além de ser estável em meio ácido, o material de suporte ZrO2/PL6C apresentou um ganho de 140 mV no sobrepotencial do início da ORR. Assim, o uso de ZrO2/PL6C como um substrato híbrido adequado para nanopartículas de metais nobres foi avaliado no Capítulo III. Em vez de Pd, foram usadas NPs de Au para facilitar o estudo da interação entre a nanopartículas e o suporte híbrido. O Au_ZrO2/PL6C apresentou um excelente desempenho catalítico exibindo SH2O2=97% com um ganho no início de reação de 350 mV em comparação com o PL6C puro. Nos ensaios de produção de H2O2, o EDG de Au_ZrO2/PL6C alcançou 600 mg L-1 em comparação a 374 mg L-1 pelo Au/PL6C em j=50 mA cm-2. O EDG de Au_ZrO2/PL6C foi empregado com eficácia em reator de fluxo para a completa remoção de 10 mg L-1 de Carbaryl contido em efluente real após 6 minutos usando o processo FEF. Embora efluentes reais contenham espécies sequestradoras de H2O2, o alto desempenho deste catalisador forneceu concentração suficiente de H2O2 para obter •OH homogêneo durante o processo FEF para a remoção completa do poluente. Portanto, espera-se que as contribuições apresentadas nesta tese possam contribuir para avanços futuros no desenvolvimento de materiais para a produção de H2O2 com alta eficiência que permita a viabilidade do tratamento de águas residuais utilizando tecnologia eletroquímica.