Avaliação experimental e simulação numérica da degradação de poluente orgânico em reatores microfluídicos

Abstract

A fotocatálise heterogênea é uma tecnologia promissora para a degradação de poluentes orgânicos em fase líquida. Entretanto, o design apropriado dos fotorreatores considerando o complexo acoplamento entre a fluidodinâmica, a transferência de massa e a transferência de fótons ainda precisa ser explorado para o desenvolvimento de soluções plenamente eficientes. Particularmente, fotomicrorreatores permitem intensificar o processo fotocatalítico e apresentam diversas vantagens (curto caminho difusivo e para o transporte de fótons, alta controlabilidade, etc.) que os posicionam como os dispositivos ideais para a implementação da tecnologia. Neste contexto, este trabalho aplicou técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD) para avaliar o desempenho de fotomicrorreatores aplicados ao abatimento fotocatalítico de azul de metileno (adotada como reação modelo) considerando diferentes configurações e condições operacionais. Além disso, avaliou-se a distribuição de tempos de residência nos reatores analisados, de modo a identificar desvios de idealidade no escoamento reativo. De forma geral, observou-se que o modelo que representa o dispositivo estudado experimentalmente no laboratório demonstra um excelente desempenho desta configuração, tanto em termos de distribuição de tempos de residência quanto em termos de eficiência de reação. Diferentes configurações de fotomicrorreatores foram então avaliadas, levando-se em conta o impacto da razão área/volume e a distribuição de tempos de residência sobre o desempenho da reação. O projeto permitiu, então, o desenvolvimento de uma metodologia baseada em simulação numérica utilizando código de CFD para a seleção de designs promissores de fotomicrorreatores. Por fim, convém destacar que a metodologia aplicada neste trabalho permite avançar a tecnologia de fotocatálise em microrreatores não apenas para a degradação de poluentes em fase líquida, bem como para reações em fase gasosa e para a síntese de compostos com alto valor agregado.