Desenvolvimento de adsorvente fotocatalítico integrado AFCI a base de óxido de grafeno, óxidos de ferro e macroalga marrom para o tratamento de contaminantes orgânicos e inorgânicos

Abstract

Os contaminantes emergentes têm preocupado cientistas da água há quase um século e as tecnologias avançadas de tratamento de efluentes vêm propondo novos materiais com potencial de integrar processos existentes. Os “Adsorventes Fotocatalíticos Integrados” despontam como uma dessas alternativas prometendo integrar operações de adsorção, que se beneficiam do baixo custo de implementação e operação, e de fotocatálise heterogênea, que apresentam a vantagem da mineralização da carga orgânica e regeneração do resíduo sólido (poluente secundário da adsorção). Nesse trabalho, foram avaliados três derivados de óxido de grafeno e dois derivados de algas marrons em ensaios de afinidade para remoção de três cátions metálicos e de três corantes sintéticos. Selecionados um cátion metálico (Pb2+) e um corante (azul de metileno) como contaminantes-modelo, ensaios binários para avaliar a cinética, equilíbrio e regeneração dos processos foram conduzidos com os cinco materiais. Os nanomateriais produzidos no estudo foram caracterizados por MEV/EDS, DRX, XPS, FTIR, DRS, UV-vis e TG/DTA. A caracterização dos derivados de algas foi referenciada da literatura uma vez que as propriedades desses materiais já foram extensivamente exploradas. OG/αFe2O3 apresentou o melhor desempenho dentre os nanomateriais de forma geral, tanto para processos adsortivos quanto para a fotocatálise a respeito da eficiência e regeneração, assim como partículas de Sargassum filipendula apresentaram o melhor desempenho dentre os macromateriais na adsorção em batelada e leito-fixo. O biocompósito SGS-OG/αFe2O3 foi produzido a partir de impregnação química assistida de ultrassom e caracterizado por MEV/EDS, FTIR, ASAP, TG/DTA, picnometria e porosimetria. Para avaliar o desempenho do adsorvente fotocatalítico, ensaios de pH, fonte de radiação, dose de adsorvente, dose de H2O2, cinéticos e de ciclos de adsorção e fotocatálise integrados foram conduzidos. O biocompósito demonstrou taxas de remoção de cor, Pb(II) e mineralização de matéria orgânica próximas de 100% por 4 ciclos sob as condições experimentais selecionadas nos estudos, despontando como uma alternativa viável no tratamento de efluentes complexos contendo contaminantes orgânicos e inorgânicos recalcitrantes. Ensaios de fitotoxicidade demonstraram que o tratamento oxidativo produziu amostras com menor toxicidade aguda para sementes de alface.