Oxidação Catalítica por Via Húmida de Poluentes Orgânicos
Teses
Visão geral
Visão geral
resumo
A oxidação catalítica por via húmida (CWAO) é um processo de tratamento de
efluentes líquidos especialmente adequado quando a carência química em oxigénio é
demasiado alta para se poderem aplicar processos biológicos, ou demasiado baixa para
serem tratados duma forma economicamente viável por incineração. Neste processo, as
espécies orgânicas presentes são mineralizadas em condições amenas de temperatura e
pressão (398-493 K, 5-50 bar) na presença de um catalisador adequado.
Nesta tese estudou-se a CWAO de vários compostos utilizando catalisadores
metálicos suportados em carvão activado. Dos diferentes sistemas catalíticos testados,
os metais platina e irídio mostraram possuir uma maior actividade.
Foram preparados catalisadores de platina suportada em carvão activado (1% Pt)
pelo método de impregnação incipiente e por deposição química em fase vapor, tendo
sido testados na CWAO de soluções de ácido butírico a 473 K e 6.9 bar de pressão
parcial de oxigénio. Foram obtidas elevadas velocidades iniciais de reacção,
principalmente para o catalisador preparado por impregnação incipiente (184
mmol.h-1.gPt
-1). Com estes catalisadores, obteve-se uma conversão de ácido butírico de
59.4% após 2 h de reacção e uma selectividade para os produtos finais CO2 e H2O perto
dos 100%. Tendo em conta que o metal não é lixiviado durante a reacção, que a
estabilidade do suporte é muito boa nas condições empregues e que o catalisador não
perde actividade em ensaios sucessivos, o sistema desenvolvido é promissor para
aplicações industriais. O catalisador preparado pelo método de impregnação incipiente
foi também testado na reacção de oxidação do ácido acético, tendo-se observado uma
elevada eficiência na sua oxidação. Estes resultados obtidos com os catalisadores Pt/C
não encontram precedentes na literatura.
Foram também preparados catalisadores de irídio suportado em carvão activado
(5% Ir) pelos métodos de impregnação incipiente e de deposição química em fase vapor
de complexos organometálicos. Os melhores resultados foram obtidos com um
catalisador preparado pelo método de impregnação incipiente em 2 passos, obtendo-se
uma velocidade inicial de desaparecimento do ácido butírico de 29.8 mmol.h-1.gIr
-1. Na
oxidação catalítica do ácido butírico usando catalisadores de irídio suportado em carvão
activado, obteve-se uma conversão de 42.6% e uma selectividade de 63.4% após 2 h de
reacção, a 6.9 bar de pressão parcial de oxigénio e 473 K de temperatura. Foram
identificados como intermediários da reacção os ácidos acético e propiónico.
Realizou-se um estudo cinético da reacção de oxidação do ácido butírico com os
catalisadores Pt/C e Ir/C, tendo-se deduzido as leis de velocidade inicial empíricas por
estudo das variáveis temperatura, concentração do substrato, concentração do
catalisador e pressão parcial de oxigénio. Do estudo mecanístico efectuado, concluiu-se
que a oxidação do ácido butírico prossegue por via radicalar catalisada
heterogeneamente.
Os catalisadores desenvolvidos foram submetidos a ensaios de desactivação,
tendo-se concluído que tanto os catalisadores Pt/C como os catalisadores Ir/C não
sofrem lixiviação do metal para a solução. No entanto, a resistência à desactivação
observada com os catalisadores Pt/C em vários ensaios consecutivos de oxidação do
ácido butírico é superior à observada para os catalisadores Ir/C. Esta desactivação foi
atribuída a uma sobre-oxidação com oxigénio do metal irídio, devido ao seu menor
potencial de redução relativamente ao metal platina, conferindo-lhe uma maior
propensão para uma adsorção forte de oxigénio na sua superfície.
A aplicação dos catalisadores desenvolvidos a casos reais incidiu sobre a
oxidação de efluentes industriais contendo uma elevada concentração de matéria
orgânica, nomeadamente efluentes de lagares de azeite, muito comuns no Norte de
Portugal. A utilização dos catalisadores Pt/C e Ir/C na remoção do teor orgânico deste
efluente revelou as excelentes características dos sistemas catalíticos desenvolvidos. É
de salientar a remoção completa da matéria orgânica obtida com o catalisador Pt/C a
473 K e 6.9 bar de pressão parcial de oxigénio.
