Otimização da metodologia de eletroativação do peróxido de hidrogênio aplicada ao processo de bioalvejamento de malhas de algodão

Abstract

A indústria têxtil desempenha papel relevante no cenário econômico global, porém está associada a elevados impactos ambientais, especialmente devido ao alto consumo de água, energia e ao uso de produtos químicos agressivos nas etapas de preparação dos tecidos. No caso das malhas de algodão, os processos convencionais de purga e alvejamento são normalmente realizados em condições severas de pH e temperatura, o que, além de gerar grandes volumes de efluentes, pode resultar na degradação parcial da celulose e na perda de propriedades mecânicas do material. Nesse contexto, torna-se necessária a busca por alternativas mais sustentáveis e eficientes para a preparação do algodão. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento, a otimização e a avaliação de um processo alternativo de alvejamento de malhas de algodão, baseado na eletroativação do peróxido de hidrogênio (H2O2), associado a uma etapa prévia de biopurga, visando à obtenção de um processo mais brando em comparação aos métodos convencionais. Para isso, foi realizada uma otimização multivariada considerando a concentração de H2O2 e a tensão elétrica aplicada, bem como estudos adicionais envolvendo o tempo de biopurga, o tempo de eletroativação, o escalonamento do sistema, o reúso dos eletrodos e a caracterização das amostras após os diferentes tratamentos. Os resultados demonstraram que a eletroativação do H2O2 aumentou a eficiência do branqueamento da malha de algodão, associada à formação de espécies oxidantes altamente reativas, com indícios da geração de radicais hidroxila. A otimização das condições experimentais evidenciou a influência da concentração de H2O2, da tensão aplicada e do tempo de eletroativação no grau de branco, permitindo atingir até 69,01 ± 0,53 °Berger, valor superior ao das amostras-controle e próximo ao do método convencional (78,21 ± 1,18 °Berger), porém sob condições mais brandas. O tempo de eletroativação exerceu efeito progressivo sobre o branqueamento, com aumento do grau de branco de 39,32 °Berger (15 min) para 59,80 °Berger (120 min). As amostras tratadas pelo processo proposto apresentaram perda de massa total entre 4,01% e 4,64%, inferior à do branqueamento convencional (5,07 ± 0,07%), além de superfícies altamente hidrofílicas e maiores resistências mecânicas, com força máxima de até 99,56 ± 2,76 N, em comparação a 87,77 ± 1,67 N no método convencional. O desempenho tintorial foi satisfatório, com valores de força colorística superiores a 110% em relação ao padrão convencional, indicando que as malhas branqueadas pelo processo proposto apresentaram boa afinidade pelo corante. As análises por MEV e FTIR confirmaram a preservação da estrutura da celulose para as malhas submetidas à eletroativação do H2O2, enquanto os estudos de escalonamento e reutilização dos eletrodos de titânio evidenciaram a robustez do processo, sem perda de desempenho no branqueamento da malha. De forma geral, os resultados indicam que o tratamento por eletroativação do H2O2 constitui uma alternativa tecnicamente eficiente e ambientalmente mais sustentável ao método convencional, com potencial redução da agressividade química, do consumo de insumos e da geração de efluentes na indústria têxtil.

The textile industry plays a significant role in the global economy; however, it is associated with substantial environmental impacts, particularly from high water and energy consumption and the use of harsh chemicals in fabric preparation. For cotton knitted fabrics, conventional scouring and bleaching are typically carried out under harsh pH and temperature conditions, which, in addition to generating large volumes of effluent, may cause partial cellulose degradation and loss of the material’s mechanical properties. In this context, there is a clear need to seek more sustainable and efficient alternatives for cotton preparation. The present study aimed to develop, optimize, and evaluate an alternative bleaching process for cotton knitted fabrics based on the electroactivation of hydrogen peroxide (H2O2), combined with a prior bioscouring step, to achieve a more moderate process than conventional methods. To this end, a multivariate optimization was performed, considering H2O2 concentration and applied voltage, and additional studies were conducted on bioscouring time, electroactivation time, system scale-up, electrode reuse, and characterization of the samples after the different treatments. The results demonstrated that H2O2 electroactivation enhances the bleaching efficiency of cotton knitted fabrics, which is associated with the formation of highly reactive oxidizing species, including evidence of hydroxyl radical generation. Optimization of the experimental conditions revealed the influence of H2O2 concentration, applied voltage, and electroactivation time on the degree of whiteness, enabling values up to 69.01 ± 0.53 °Berger. This value is higher than that of the control samples and close to that of the conventional method (78.21 ± 1.18 °Berger), but under considerably more moderate conditions. Electroactivation time exhibited a progressive effect on bleaching performance, with the degree of whiteness increasing from 39.32 °Berger (15 min) to 59.80 °Berger (120 min). Samples treated using the proposed process showed total mass loss between 4.01% and 4.64%, lower than that observed for conventional bleaching (5.07 ± 0.07%), and had highly hydrophilic surfaces and higher mechanical strength, with maximum force values of up to 99.56 ± 2.76 N, compared to 87.77 ± 1.67 N for the conventional method. Dyeing performance was satisfactory, with color strength values exceeding 110% relative to the conventional standard, indicating good dye affinity for fabrics bleached using the proposed process. SEM and FTIR analyses confirmed the preservation of the cellulose structure in the samples subjected to H2O2 electroactivation, while scale-up studies and reuse of titanium electrodes demonstrated the robustness of the process, with no loss of bleaching performance. Overall, the results indicate that H2O2 electroactivation treatment is a technically efficient and more environmentally sustainable alternative to the conventional method, with potential reductions in chemical aggressiveness, input consumption, and effluent generation in the textile industry.