Experimento 2 - Processos oxidativos

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FACULDADE DE FILOSOFIA, CIÊNCIAS E LETRAS DE RIBEIRÃO PRETO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL I
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
ANDRIELLY ESTEVES DIAS (13471974)
BÁRBARA ROCHA MOREIRA DA SILVA (11216467)
JOÃO HENRIQUE STEMPKOSKI DA ROSA (12562323)
DEGRADAÇÃO DO CORANTE ÍNDIGO PELOS PROCESSOS FENTON E FOTO-FENTON
RIBEIRÃO PRETO
28/03/2023
1 INTRODUÇÃO
A utilização dos Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm se tornado uma alternativa de crescente demanda nos últimos anos, especialmente no que diz respeito à degradação de corantes em águas residuais produzidas pela indústria têxtil. Nesse sentido, o corante índigo carmim, amplamente aplicado na produção de tecidos jeans, é um dos alvos para pesquisas que busquem metodologias eficientes de degradação visando a minimização de seus impactos ambientais (Araujo et al., 2020; Moreira, 2019; Pupo Nogueira et al., 2007).
Este corante, por sua vez, é uma potencial ameaça à vida aquática e solos, contaminando mananciais e comprometendo a saúde de todos que dependem daquele meio quando descartado inadequadamente nessas áreas. Sua resistência à biodegrabilidade influencia não somente na toxicidade direta aos seres vivos, mas também nas alterações físicas que demonstram sua ecotoxicidade, como o aumento da turbidez da água, que diminui a absorção de luz por seres vivos localizados nas profundezas de leitos de rios (Araujo et al., 2020).
Assim, metodologias de degradação de corantes foram desenvolvidas, como a biorremediação, que utiliza microrganismos capazes de degradar substâncias presentes na água e torná-la própria para utilização. Outros mecanismos como a coagulação, adsorção, ozonólise e filtração por membranas também podem ser citados (Moreira, 2019).
Os POAs, apesar de utilizarem reagentes químicos potencialmente nocivos ao meio ambiente, têm grande utilização pela indústria. O índigo carmim, por exemplo, pode ser degradado através dos processos Fenton e foto-Fenton, o primeiro consistindo na exposição à radicais hidroxila e o outro combinado à fotólise. Nesse caso, essas espécies são produzidas pela reação entre o peróxido de hidrogênio e o íon Fe2+, que gera radicais hidroxila e oxida o Ferro ao estado 3+ (equação 1). A seguir, o íon metálico se regenera ao estado anterior, permitindo que a reação aconteça novamente (equação 2). Esse processo é catalisado pela luz na conversão do Fe3+ a Fe2+ (Araujo et al., 2020).
	
	
	(1)
	
	
	(2)
O processamento dessa técnica pode ser observado pela espectrofotometria, uma vez que a degradação do corante influencia diretamente na diminuição da absorção de luz, sendo possível avaliar a eficiência desse processo (ARAUJO; ISQUIBOLA; RODRIGUES, 2020)
Ademais, a utilização dessa técnica é capaz de contribuir para a diminuir a influência dos resíduos lançados ao meio ambiente na biota local e reduzir os impactos ambientais. No entanto, vale ressaltar que os produtos das reações ainda podem apresentar ecotoxicidade, sendo ideal que a degradação dos corantes ocorra em sua totalidade (MOREIRA, 2019).
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização das três partes do experimento (fotólise, Fenton e foto-Fenton) foi utilizada uma solução de 200 mL de índigo 60 µmol/L preparada a partir de uma solução concentrada 0,01 mol/L de índigo fornecida pelo laboratório. As soluções de Fe3+ 25 mmol.L-1 e H2O2 0,01 mol.L-1 utilizadas nos processos Fenton também foram fornecidas. 
As medidas de absorbância coletadas durante os experimentos foram realizadas com o auxílio de um espectrofotômetro modelo Spectro 560 Visible Spectrophotometer, fornecido pelo laboratório, acoplado com uma cubeta de vidro comum de caminho óptico de 1 cm; o tratamento de dados (construção de gráficos e tabelas) foi realizado com o programa Microsoft Excel®. 
Para o procedimento da fotólise foram utilizados dois béqueres de 100 mL, cada um contendo 25 mL da solução de índigo preparada; para que ambas as soluções estivessem no pH entre 2 e 3, foi gotejada uma solução 0,01 mol.L-1 de HCl. Após o ajuste do pH, um dos béqueres foi levado ao sol e o outro foi mantido no escuro, dentro do armário, a fim de se evitar a luz ambiente. A absorbância da solução que ficou ao sol foi medida logo após seu preparo (t=0 min) e depois de 20, 40 e 60 minutos ao sol. A solução que ficou no escuro teve sua absorbância medida após seu preparo e após 20 e 60 minutos. 
Para realização do processo Fenton foram colocados 50 mL da solução de índigo em um béquer de 100 mL e o pH foi ajustado para 2,5 com solução de HCl 0,1 mol.L-1; foram adicionados 50 µL da solução de Fe3+ e 100 µL da solução de peróxido de hidrogênio. A cronometragem do tempo foi iniciada junto com a adição dos reagentes. Após a adição dos reagentes o béquer foi coberto para que não houvesse absorção da luz ambiente; as medidas de absorbância foram realizadas em t=0 (logo após adição dos reagentes) e a cada 10 minutos até completar 60 minutos, retirando alíquotas do béquer rapidamente para evitar ao máximo a exposição solar.
A preparação da solução para o processo foto-Fenton foi realizada de maneira idêntica à anterior, com 50 mL da solução de índigo, pH ajustado para 2,5, e com adição de 50 µL da solução de Fe3+ e 100 µL da solução de H2O2. A cronometragem foi iniciada junto com a adição dos reagentes e o béquer colocado em um local onde havia luz solar direta. As medidas de absorbância também foram realizadas em t=0 (logo após adição dos reagentes) e a cada dez minutos até os 60 minutos.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
No processo de fotólise foi possível observar que a amostra exposta à luz se degradou com uma velocidade maior em relação ao controle escuro. Embora apresente esta variação na velocidade, a variação na absorção é quase insignificante em ambos os casos (figura 1); isto se deve ao fato de que o corante estudado é bastante estável sob a incidência de radiação solar.
Tabela 1 – Relação entre tempo e absorbância da amostra nos processos de fotólise, Fenton e Foto-Fenton.
	Tempo (min)
	Processo (absorbância)
	
	Fotólise (claro)
	Fotólise (escuro)
	Fenton
	Foto-Fenton
	0
	0,837
	0,842
	0,725
	-
	1
	-
	-
	-
	0,786
	10
	-
	-
	0,696
	0,695
	20
	0,808
	0,832
	0,679
	0,683
	30
	-
	-
	0,665
	0,627
	40
	0,812
	-
	0,655
	0,603
	50
	-
	-
	0,651
	0,595
	60
	0,767
	0,827
	0,634
	0,567
Fonte: próprio autor, 2023.
Figura 1 – Relação entre absorbância das amostras e o tempo que ficaram submetidas ao processo avaliado.
Fonte: próprio autor, 2023.
No processo Fenton, observou-se diminuição da absorção de luz no decorrer do tempo, isto ocorre devido à diminuição da concentração da solução, previsto na lei de Lambert-Beer. Embora também ocorra no escuro, pode-se notar que a variação deste processo é maior do que no experimento de fotólise e isto ocorre devido à Reação de Fenton, o que gera a formação do radical hidroperoxila ( ) que é um oxidante capaz de degradar o corante. Nesse caso, essas espécies são produzidas pela reação entre o peróxido de hidrogênio e o íon Fe2+, que gera radicais hidroxila capazes de degradar o índigo carmim, mas com a reação limitada devido a indisponibilidade de Fe3+.
	
	
	(3)
	
	
	(4)
Por fim, no processo foto-Fenton, constatou-se que a degradação é muito mais rápida. Isto ocorre pois, na presença de luz, o peróxido de hidrogênio absorve energia gerando hidroxila, grupo muito oxidante que permite a formação de radicais e íons de ferro (III), que atua como catalisador e aumenta a eficácia da reação. Nota-se que este é o motivo para mantermos o pH da solução ácido, já que em meio alcalino pode haver a precipitação do ferro como hidróxido de ferro. A mostra a rota de degradação do corante índigo carmim pelo processo foto-Fenton.
Figura 2 – Rota de degradação do corante índigo carmim pelo processo foto-Fenton.
Fonte: CONAPESC, 2019.
4 CONCLUSÕES
Concluímos então que o índigo possui baixa sensibilidade à luz, por isso, a sua concentração não sofre grandes alterações com a variação do tempo, sendo assim, considerado um processode baixa eficiência para o tratamento de efluentes. O processo Fenton, por sua vez, não é tão eficiente para os fins estudados, visto que com o decorrer do tempo ainda apresenta baixa queda de concentração. Entretanto, ao aplicar um POA (foto-Fenton) houve grande eficiência, já que os reagentes ao serem expostos à energia luminosa, agem como catalisadores, acelerando então a reação e facilitando a sua degradação de forma estratégica.
2
REFERÊNCIAS
ARAUJO, H. N. de; ISQUIBOLA, G.; RODRIGUES, E. C. ESTUDO DA DEGRADAÇÃO DO CORANTE ÍNDIGO BLUE POR MEIO DE DIFERENTES PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS. Revista Sinergia, v. 21, n. 2, p. 133–136, 28 abr. 2020. Disponível em: https://ojs.ifsp.edu.br/index.php/sinergia/article/view/1193. Acesso em: 31 mar. 2023.
CONGRESSO NACIONAL DE PESQUISA E ENSINO EM CIÊNCIAS-CONAPESC, 4., 2019, Campina Grande-PB. Rotas de degradação de índigo carmim por processo foto-Fenton. Campina Grande: Editora Realize, 2019. 8 p. Disponível em: https://www.editorarealize.com.br/artigo/visualizar/57206. Acesso em: 3 abr. 2023.
MOREIRA, S. C. Efeitos ecotoxicológicos dos corantes índigo sintético e natural sobre a microalga Raphidocelis subcapitata e sobre o peixe Danio rerio. 18 jan. 2019. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/handle/11449/180992. Acesso em: 31 mar. 2023.
PUPO NOGUEIRA, R. F.; TROVÓ, A. G.; DA SILVA, M. R. A.; VILLA, R. D.; DE OLIVEIRA, M. C. Fundamentos e aplicações ambientais dos processos fenton e foto-fenton. Química Nova, v. 30, n. 2, p. 400–408, 2007. Disponível em: http://www.scielo.br/j/qn/a/qHcKf8JsnJjjpk4pxp6wZCr/?lang=pt. Acesso em: 31 mar. 2023.
 
Fotólise (claro)	0	20	40	60	0.83699999999999997	0.80800000000000005	0.81200000000000006	0.76700000000000002	Processo Fenton	0	10	20	30	40	50	60	0.72499999999999998	0.69599999999999995	0.67900000000000005	0.66500000000000004	0.65500000000000003	0.65100000000000002	0.63400000000000001	Processo Foto-Fenton	1	10	20	30	40	50	60	0.78600000000000003	0.69499999999999995	0.68300000000000005	0.627	0.60299999999999998	0.59499999999999997	0.56699999999999995	Fotólise (escuro)	0	20	60	0.84199999999999997	0.83199999999999996	0.82699999999999996	Tempo (min)
Absorbância
image1.png
 
 
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HENRIQUE STEMPKOSKI DA ROSA (12562323)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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FOTO
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FENTON
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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