Estudo experimental e modelação do processo Fenton

Abstract

A realização desta dissertação marca o fim de uma etapa iniciada em 2007 e cuja conclusão não seria possível sem trabalho, esforço e dedicação. Li uma vez que a dissertação de mestrado é um caminho solitário e isolado... Na minha sincera opinião, isto não poderia estar mais errado. Na verdade sem a ajuda de algumas pessoas nada disto seria possível e como tal eu não poderia deixar passar este momento sem reconhecer e agradecer o valor e apoio demonstrado ao longo de todo o meu percurso académico. Em primeiro lugar agradeço o amor, o carinho, os sacrifício e o apoio fundamental dado por toda a minha família e sobre os quais se baseiam todos os meus valores enquanto pessoa. Sempre que eu precisei, estiveram presentes para me guiar e aconselhar acreditando sempre que conseguiria atingir os meus objetivos. De seguida quero demonstrar aqui o meu mais sincero agradecimento à Professora Inês Portugal e à Doutora Regina Duarte, minhas orientadoras de dissertação, pela partilha do saber, atenção disponibilizada, paciência, dedicação e profissionalismo irrefutável que demonstraram ter para comigo ao longo de toda esta jornada. Gostaria de agradecer também à Fábrica de Cacia do grupo Portucel/Soporcel pela cedência das amostras dos filtrados do branqueamento, essenciais para a realização da etapa final do presente trabalho. Estendo os agradecimentos aos trabalhadores que colaboraram ativamente na recolha das amostras. Aos meus amigos deixo um especial obrigado pelos bons momentos partilhados em conjunto ao longo destes cinco anos e meio. Um especial obrigado à Bianca e à Ana Amorim pelo seu auxílio e motivação...vocês fizeram parte dos alicerces que me permitiram chegar até aqui. Por último e como não poderia deixar de ser, quero aqui deixar um especial reconhecimento a todos os novos colegas e amigos de laboratório que fiz ao longo deste último semestre. À Vânia, ao Rui, ao João Matos e ao resto do pessoal um obrigado pelo apoio e ajuda prestada. Deixo também um particular agradecimento à Patrícia pelas brincadeiras, amizade, entreajuda, e carinho demonstrado. O seu bom humor e a sua alegria contagiante tornaram estes últimos meses inesquecíveis. Por isso e por tudo desejo-te as maiores felicidades!

O presente trabalho teve como principais objetivos estudar a aplicação do método de Fenton na degradação dos compostos orgânicos presentes nos filtrados do branqueamento de pasta Kraft, usando o ácido ferúlico (AF) como composto modelo, e discutir os resultados experimentais através de modelação cinética. O método de Fenton é um processo de oxidação avançado (POA) com eficácia demonstrada na degradação de compostos orgânicos em águas residuais e efluentes. Consiste na transformação in situ do peróxido de hidrogénio (H2O2) em radicais hidroxilo por ação catalítica dos iões ferro (II). A decomposição da matéria orgânica ocorre por ação destes radicais, conhecidos pelo seu forte poder oxidante e elevada reatividade. Numa primeira etapa estudou-se a degradação do AF em solução aquosa (10, 100 e 300 ppm), num reator descontínuo isotérmico, monitorizando a reação por espetroscopia UV-vis. Analisou-se a influência de condições operacionais, tais como a temperatura (20 a 35º C) e a concentração do reagente de Fenton (H2O2/AF 1:1 a 10:1; H2O2/Fe2+ 1:1 a 25:1), na cinética do processo recorrendo a dois modelos: um modelo semi-empírico da literatura e um modelo de pseudo-primeira ordem proposto neste trabalho. Os parâmetros característicos de ambos os modelos permitiram relacionar o grau de oxidação final e a velocidade inicial da reação com as condições operatórias. Nas melhores condições estudadas (30º C, H2O2/AF 5:1) a eficiência de degradação do AF atingiu 76% a 87%. Posteriormente, o método de Fenton foi aplicado a amostras industriais dos filtrados ácidos (D0, D1 e D2) do branqueamento ECF de pasta Kraft de Eucalyptus globulus. Devido à elevada carga orgânica dos filtrados, nas condições testadas para o ácido ferúlico, a ocorrência de reação não foi detetada por espetroscopia UV-vis Para ocorrer reacção foi necessário aumentar drasticamente tanto a temperatura (70º C) como a concentração de reagentes (3330 ppm H2O2, 50 ppm Fe2+). Nestas condições observou-se maior diminuição de cor (absorvância a 300 nm) para o filtrado D0 ao passo que os filtrados D1 e D2 exibiram melhores resultados ao nível do grau de oxidação final. A análise dos filtrados por cromatografia líquida bidimensional, antes e após o tratamento de Fenton, confirmou a eficiência do processo para diminuir a massa molecular média bem como a hidrofobicidade da matéria orgânica dos filtrados.