Fotodegradação de Poluente Orgânico em Reator Microfluídico

Abstract

A intensa atividade industrial alimentícia gera efluentes, que se não tratados, causam grande impacto ambiental. Entre esses efluentes se encontram os corantes sintéticos que possuem difícil degradação, os quais necessitam de um tratamento prévio ao seu descarte. Neste trabalho, inicialmente foram realizados ensaios experimentais qualitativos com um chip microfluídico aliado à exposição de luz UV. No sistema microfluídico foram conectadas uma mangueira e uma bomba peristáltica onde realizou-se o escoamento de uma solução de 10 mg/L de azul de metileno em água destilada. Retirou-se uma amostra na saída do microrreator em intervalos maiores que 1 h e as mesmas foram analisadas por espectrometria UV/VIS. Porém, devido ao cenário da pandemia mundial do Coronavírus (COVID-19), os experimentos foram interrompidos em respeito ao distanciamento social. Logo, o estudo inicial foi cancelado e utilizou-se resultados experimentais provenientes de artigo científico do grupo de pesquisa e que consistiu em um sistema semelhante ao previamente planejado e realizado. Através dos mesmos, foi desenvolvido um modelo matemático para simular a degradação do poluente azul de metileno. Realizou-se um estudo de malha, assim como a validação do modelo através dos resultados experimentais. Além disto, uma análise de sensibilidade com a variação da intensidade luminosa, concentração inicial e tempo de residência para os dois tipos de lâmpadas (UV-LED e UV-convencional) foi realizada. E um estudo da variação da intensidade luminosa com a adição de lâmpadas LEDs também foi analisado e sua influência na cinética de degradação. Os resultados obtidos através da simulação apresentaram valores condizentes com o esperado. A análise dos resultados indicou que o aumento da intensidade luminosa, para níveis menores que 5,0 W/m², foi benéfico para a conversão de azul de metileno, da mesma forma para o tempo de residência. O estudo com a variação da concentração inicial apresentou resultados condizentes com o esperado. Porém, ainda são necessários mais estudos para a aquisição de novos coeficientes cinéticos aparentes. No mais, o modelo desenvolvido e validado pode ser aplicado em demais estudos pois mostrou representar muito bem os fenômenos reais que ocorrem no microrreator.

The intense industrial food activity generates effluents, which, if not treated, cause a great environmental impact. Among these effluents are synthetic dyes that have difficult degradation, which require treatment prior to disposal. In this work, initially qualitative experimental tests were carried out with a microfluidic chip combined with exposure to UV light. In the microfluidic system, a hose and a peristaltic pump were connected, where a solution of 10 mg / L of methylene blue in distilled water was carried out. A sample was taken at the exit of the micro-reactor at intervals greater than 1 h and they were analyzed by UV / VIS spectrometry. However, due to the scenario of the worldwide Coronavirus pandemic (COVID-19), the experiments were interrupted out of respect for social distance. Therefore, the initial study was canceled and experimental results from a scientific article of the research group were used, which consisted of a system similar to the one previously planned and carried out. Through them, a mathematical model was developed to simulate the degradation of the methylene blue pollutant. A mesh study was carried out, as well as the validation of the model through experimental results. In addition, a sensitivity analysis with the variation of light intensity, initial concentration and residence time for the two types of lamps (UV-LED and UV-conventional) was performed. And a study of the variation in light intensity with the addition of LED lamps was also analyzed and its influence on the degradation kinetics. The results obtained through the simulation showed values consistent with the expected. The analysis of the results indicated that the increase of the luminous intensity, for levels below 5.0 W / m², was beneficial for the conversion of methylene blue, in the same way for the residence time. The study with the variation of the initial concentration showed results consistent with the expected. However, further studies are still needed to acquire new apparent kinetic coefficients. Furthermore, the model developed and validated can be applied in other studies because it has shown to represent very well the real phenomena that occur in the micro-reactor.