Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/10773/30569
Title: | Desenvolvimento de catalisadores a partir de materiais residuais para aplicação nos processos Fenton |
Author: | Sarinho, Luana Marisa Araújo |
Advisor: | Nunes, Maria Isabel da Silva Matos, Manuel Arlindo Amador de |
Keywords: | Fenton Catalisador Pó de ferro Efluente D0 AOX |
Defense Date: | 22-Dec-2020 |
Abstract: | O processo de Fenton e suas variantes (e.g., foto-Fenton) é um processo de
oxidação avançado (POA) que surge no seguimento do aparecimento de
compostos complexos, como os compostos orgânicos halogenados
adsorvíveis (AOX), em águas residuais domésticas e nos efluentes produzidos
pelas indústrias, e na urgente procura pela sua correta degradação.
Associados a estes POA estão os consumos de químicos, nomeadamente,
peróxido de hidrogénio (H2O2, oxidante) e iões ferrosos (Fe2+,catalisador), e
também de energia (sobretudo no foto-Fenton), condicionando uma aplicação
industrial mais ampla. Este trabalho tem como principal objetivo a substituição,
total ou parcial, do catalisador de ferro (virgem), convencionalmente usado, por
materiais residuais ricos em ferro, e avaliar a capacidade catalítica dos
mesmos quando aplicados nos processos Fenton para remoção de AOX do
efluente da etapa de branqueamento (D0) de uma indústria da pasta e papel.
Foram selecionados 6 materiais residuais sólidos como potenciais candidatos
à catálise dos processos de Fenton, sendo o pó de ferro aquele que
apresentou resultados mais promissores, foi estudado em três variantes do
processo de Fenton, i.e, “Fenton homogéneo”, “foto-Fenton homogéneo” e
“Fenton heterogéneo”. A substituição da fonte de ferro (virgem) pelo pó de
ferro, implicou a existência de uma etapa de lixiviação numa razão
lixiviante/sólido (L/S) de 10 L/kg, por um tempo de 10 minutos, a montante da
etapa de reação (ou tratamento), cujo lixiviante é precisamente o efluente (D0)
que se pretende tratar. A remoção global de AOX nos processos de “Fenton
homogéneo”, “foto-Fenton homogéneo” e “Fenton heterogéneo”, por um tempo
de tratamento de 10 minutos, foi de 65 %, 74 % e 81 %, respetivamente. Nos
processos “Fenton convencionais” a remoção global AOX foi, respetivamente,
92 % e 85 % nos ensaios de Fenton com ferro no estado de oxidação 2+ e 3+,
por sua vez nos ensaios foto-Fenton foi de 96 % e 88 %, com ferro no estado
de oxidação 2+ e 3+, respetivamente. Estudada a reutilização do pó de ferro
com o efluente D0_5, numa razão (L/S)=100 L/kg, por 5 ciclos de lixiviação
sucessivos, verificou-se uma remoção média de AOX no final do processo
Fenton de 58%. Ao longo dos ensaios experimentais houve a necessidade de
utilizar diferentes lotes, quer de pó de ferro quer de efluente D0, tendo
comprovado que o lote de efluente D0 é determinante na quantidade de ferro
mobilizado para o lixiviante. A estimativa dos custos operacionais dos
processos “Fenton modificados” foi inferior quando comparada com os
processos “ Fenton convencionais”. Nos processos “Fenton modificados” o
custo estimado foi de 65 [€/m3 efluente tratado] já no processo “foto-Fenton
homogéneo” foi de 69 [€/m3 efluente tratado].
Apesar de se tratar de um trabalho exploratório, os resultados obtidos foram
animadores, além disso, permitem um alinhamento com os princípios de uma
economia circular, uma vez que está a ser valorizado um resíduo (pó de ferro). The Fenton process and its variants (eg, photo-Fenton) is an advanced oxidation process (POA) that follows the appearance of complex compounds, such as adsorbable halogenated organic compounds (AOX), in domestic wastewater and in effluents produced by the industries, and in the urgent search for their correct degradation. Associated with these POA are the consumption of chemicals, namely, hydrogen peroxide (H2O2, oxidizer) and ferrous ions (Fe2 +, catalyst), and also energy (especially in photo-Fenton), conditioning a broader industrial application. This work has as main objective the replacement, total or partial, of the iron catalyst (virgin), conventionally used, by residual materials rich in iron, and to evaluate their catalytic capacity when applied in the Fenton processes to remove AOX from the effluent of the bleaching stage (D0) of a pulp and paper industry. Six solid residual materials were selected as potential candidates for the catalysis of Fenton's processes, with iron powder being the one with the most promising results, it was studied in the three variants of the Fenton process, i.e, “homogeneous Fenton”, “homogeneous photo-Fenton” and "Heterogeneous Fenton". The replacement of the source of iron (virgin) by iron powder, implied the existence of a leaching step in a leaching/solid ratio (L/S) of 10 L/kg, for a time of 10 minutes, upstream of the reaction (or treatment), whose leacher is precisely the effluent (D0) to be treated. The overall removal of AOX in the “homogeneous Fenton”, “homogeneous photo-Fenton” and “heterogeneous Fenton” processes, for a treatment time of 10 minutes, was 65%, 74% and 81%, respectively. In the “conventional Fenton” processes, the overall AOX removal was, respectively, 92% and 85% in the Fenton tests with iron in the oxidation state 2+ and 3+ , in turn in the photo-Fenton tests it was 96% and 88% , with iron in the oxidation state 2+ and 3+, respectively. Studied the reuse of iron powder with effluent D0_5, in a ratio (L/S) = 100 L / kg, for 5 successive leach cycles, there was an average removal of AOX at the end of the Fenton process of 58%. Throughout the experimental tests there was a need to use different batches, either of iron powder or D0 effluent, having proved that the batch of effluent D0 is determinant in the amount of iron mobilized for the leacher. The estimated operating costs of the “modified Fenton” processes were lower when compared to the “conventional Fenton” processes. In the “modified Fenton” processes the estimated cost was 65 [€/m3 effluent_treated] while in the “homogeneous photoFenton” process it was 69 [€/m3 effluent_treated]. Although this was an exploratory work, the results obtained were encouraging, in addition, they allow an alignment with the principles of a circular economy, since a waste (iron powder) is being valued. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/30569 |
Appears in Collections: | DAO - Dissertações de mestrado UA - Dissertações de mestrado |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
Documento_Luana_Sarinho.pdf | 1.45 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.