Fotocatálise heterogênea com TiO2 modificado com hidrotalcita e óxido de ferro para a remoção de cor e toxicidade do efluente secundário de uma fábrica têxtil

Abstract

O objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção de cor ADMI de um efluente têxtil secundário pela fotocatálise heterogênea com TiO2 modificado com hidrotalcita e óxido de ferro (HT/Fe/TiO2), sob radiação UV-visível. Nos testes de simulação de tratamento biológico, os corantes reativos utilizados na indústria têxtil não foram biodegradados, mesmo após 96 h, enquanto houve mais que 50% de remoção dos corantes a cuba, o que indica que o efluente secundário ainda continha muitos corantes reativos aniônicos. A fotocatálise foi realizada com TiO2 e HT/Fe/TiO2 (razão molar Fe:Ti de 1:4, 2:4, 3:4 e 4:4) e diferentes concentrações do catalisador (0 - 3 mg/L), valores de pH (4 -10) e tempos de radiação UV-visível (0 - 6 h). A maior remoção de cor ADMI com TiO2 foi encontrada em pH 4, com 2 g/L do catalisador. O compósito mais eficiente foi o HT/Fe/TiO2 4:4, em pH 10, sendo inclusive melhor que TiO2, com eficiências de remoção de 96% e 88% de cor ADMI, respectivamente, após 6 h de radiação UV- visível e 2 g/L do catalisador. Para HT/Fe/TiO2 4:4, cuja energia de bandgap foi de 2,34 eV, o pH 10 foi melhor para a fotocatálise, porque nesse pH a produção de radicais hidroxila foi favorecida, devido à maior concentração de OH- e foi demonstrado em teste com adição de 2-propanol, um sequestrador de .OH, que o mecanismo de degradação foi por radicais hidroxila. A remoção de DQO foi de cerca de 20% para TiO2 e HT/Fe/TiO2 4:4, após 6 h sob radiação UV-visível. Após a fotocatálise, a toxicidade aguda moderada do efluente secundário (CE50 = 70,7%) foi reduzida, mais com TiO2 (CE50 = 95,0 %) do que com o compósito HT/Fe/TiO2 4:4 (CE50 = 78,6 %). A fotocatálise heterogênea com HT/Fe/TiO2 mostrou-se adequada como pós tratamento por prover elevada eficiência de remoção de cor ADMI e remoção adicional de DQO e toxicidade e, devido ao caráter magnético do catalisador, reduziria custos quanto à sua recuperação se comparado ao TiO2.

The objective of this study was to evaluate ADMI color removal from a biologically treated textile mill effluent by heterogeneous photocatalysis using TiO2 modified with hydrotalcite and iron oxide (HT/Fe/TiO2) under UV-visible radiation. Simulated biological treatment of solutions of the dyes (50 mg/L) used in the greatest amounts at the mill where the effluent was collected, resulted in no color removal in the reactive dye solutions and about 50% color removal in vat dye solutions, after 96 hours, indicating that the secondary effluent contained a large proportion of anionic reactive dyes. Photocatalytic treatments were carried out with TiO2 and HT/Fe/TiO2 (Fe:Ti molar ratios of 1:4, 2:4, 3:4 and 4:4), with varying catalyst concentration (0 - 3 mg/L), pH (4 - 10) and UV-visible irradiation time (0 - 6 h). The highest ADMI color removal with unmodified TiO2 alone was found at pH 4 and 2 g/L of the catalyst. The most efficient composite was HT/Fe/TiO2 4:4, at pH 10, and this composite provided more complete ADMI color removal (96%) than unmodified TiO2 (88%), after 6 h under UV- visible irradiation, with 2 g/L of catalyst. For HT/Fe/TiO2 4:4,with bandgap energy equal to 2.34 eV, pH 10 was better since hydroxyl radical formation was favored because of the higher concentration of hydroxide ions present in solution and hydroxyl radicals were shown to be responsible for the color reduction, since when 2-propanol, an .OH scavenger, was added, color removal was very low. COD removal was similar, approximately 20% for both catalysts after 6 h under UV-visible irradiation. Secondary effluent toxicity to Daphnia similis (EC50 = 70.7%) decreased more after photocatalysis with TiO2 (EC50 = 95.0%) than with the HT/Fe/TiO2 4:4 composite (EC50 = 78.6%). The HT/Fe/TiO2 4:4 composite catalyst proved efficient in tertiary treatment of textile mill effluent for ADMI color removal and toxicity reduction and its magnetic nature facilitated its recovery compared to TiO2, which would reduce treatment costs.