Os ensaios de degradação de MON decorreram no Laboratório de Química Têxtil do Departamento de Engenharia Têxtil e no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Civil, no Campus de Azurém, em Guimarães. Neste último, foram realizados os ensaios sob a incidência de luz solar, tendo-se colocado o mecanismo fotocatalítico na parte exterior do laboratório (varanda) onde a incidência da luz solar é máxima no período da tarde. Para a realização dos ensaios foram utilizados dois tipos de mecanismos fotocatalíticos: o reator UV, dotado de uma lâmpada de radiação ultravioleta; e um mecanismo adaptado de forma a que seja possível o máximo aproveitamento da radiação da luz solar incidente. Para tal, foi montado um sistema que replicasse da melhor forma as condições do reator UV. Assim, usou-se um goblé de vidro com altura e largura similar à cuba usada no reator, sob um agitador magnético e tapado com um vidro de relógio, como se pode verificar na Figura 21.
Figura 21. Sistema fotocatalítico usado nos ensaios à luz solar
Em todos os ensaios o volume da amostra foi igual a 800 mL, capacidade máxima do reator UV, tendo sido retiradas, ao longo do processo, amostras de 10 mL cada, para melhor
48 Mestrado Integrado em Engenharia Civil monitorizar a evolução da degradação da MON. Os recipientes com a amostra de água a ensaiar foram colocados sobre placas de agitação e no seu interior colocados magnetes (a uma rotação mínima) de forma a garantir a homogeneização de todo o volume ensaiado.
O tempo total de ensaio foi de 2 horas pois, ensaios realizados anteriormente com TiO2
suspenso demonstraram que esse tempo de ensaio era suficiente para se atingir uma degradação de poluentes orgânicos extremamente satisfatória (Gummy et al., 2006).
Para as matrizes aquosas com água sintética e água da rede pública de abastecimento efetuou- se uma correção do pH inicial da solução para próximo de 7. O pH inicial das matrizes aquosas com água natural não foi ajustado, consequência do pH natural da água do rio e, foi estudado o efeito da fotocatálise com TiO2 em três relações de água natural e água sintética
(50/50, 90/10 e 100%, respetivamente).
As concentrações de TiO2 variaram entre os 2,5, 5 e 10 mg/L. No Reator UV, foram também
realizados ensaios apenas com TiO2 e somente sujeito a radiação UV.
Efetuaram-se ainda ensaios com TiO2 imobilizado em placas de vidro no reator fotocatalítico
usado num estudo anterior nas condições hidráulicas adotadas nesse mesmo estudo (Silva, 2012). Nos ensaios realizados neste reator verificou-se que as placas de vidro já não possuíam o efeito fotocatalítico desejado, pois, para tempos de ensaio de 4 horas a um caudal de 3 L/s, não foram observadas alterações significativas nos valores de absorvância, mantendo-se praticamente constante.
Infelizmente não foi possível realizar novos ensaios com TiO2 imobilizado, pois em todas as
tentativas que se efetuaram de imobilização das partículas de TiO2 pelo método Sputtering o
vidro de suporte cedeu, partindo-se. Desta forma, não foi possível a inclusão, neste trabalho, como tinha sido inicialmente planeado e programado, de resultados deste processo de degradação (TiO2 imoblizado em placas de vidro) e sua comparação com os obtidos nos
ensaios com TiO2 suspenso que se concretizaram.
As Figuras 22 e 23 representam esquematicamente as características dos ensaios de degradação de MON no reator UV e por incidência de luz solar, respetivamente. No total foram realizados trinta e três ensaios, cujos cenários (condições de ensaio) estão sistematizados na Tabela 13.
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Figura 22. Representação esquemática das características dos ensaios de degradação de MON
no reator UV
Figura 23. Representação esquemática das características dos ensaios de degradação de MON
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Tabela 13. Designação dos cenários (condições dos ensaios) de degradação de MON Fonte de Radiação [TiO2] (mg/L) Água Sintética Água natural (50/50) Água natural (90/10) Água natural (100) Água da rede pública -- 5 E1 10 E2 Reator UV 0 E3 2,5 E4 E12.1, E12.2
5 E5a, E5b E7.1, E7.2 E9.1, E9.2 E13.1, E13.2
10 E6a, E6b E8.1a, E8.1b,
E8.2a, E8.2b E10.1, E10.2 E11.1, E11.2 E14
Luz Solar 5 E15a, E15b
10 E16a, E16b E17.1, E17.2 E18.1, E18.2
Nota1: O tempo dos ensaios aqui apresentados foi de 2horas seguidos de uma pós-filtração para remoção das partículas de
TiO2.
Nota2: a,b - repetições
.1,.2 – pontos P1 e P2, respetivamente
No decorrer dos ensaios as amostras foram retiradas através de um sistema de pesca constituído por um tubo de ligação entre a cuba e o exterior do reator e uma pipeta de igual volume, no caso do reator UV, e, nos ensaios sob incidência de luz solar, apenas por uma pipeta de 10 mL.
A recolha da primeira amostra foi feita no instante inicial, mesmo antes de começar a degradação por fotocatálise. As amostras seguintes foram retiradas com uma frequência de 5 minutos nos primeiros 30 minutos, de 10 minutos até aos 60 minutos e, na última hora, de 20 em 20 minutos. Nos ensaios no reator UV, por cada amostra retirada, foram realizadas lavagens do tubo de pesca, retirando primeiro um volume de 10 mL, repondo-o novamente após a recolha da amostra. Nos ensaios sob incidência de luz solar foi também medida a radiação de 30 em 30 minutos. No início e fim de cada ensaio de degradação de MON foram efetuadas medições de pH.
Rita Sá Ribeiro 51 A Tabela 14 esquematiza o plano de amostragem que foi definido neste trabalho para os ensaios efetuados.
Tabela 14. Parâmetros medidos e respetivos tempos de recolha de amostras
Tempo (min.)
0 5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100 120
Abs pH
Radiação (W.m2) (incidência da luz solar)
Carência Química de Oxigénio (mg/L)
(água natural) Cloro livre e total (mg/L)
(água da rede pública)
De realçar que, antes da leitura dos valores da absorvância, as amostras foram filtradas usando filtros de 0,4 μm, conforme ilustrado na Figura 24.
Figura 24. Filtro usado na filtração das amostras retiradas dos ensaios de degradação de
MON
A análise da eficiência de degradação da MON por fotocatálise com partículas de TiO2
suspenso baseou-se nos valores medidos da absorvância ao longo do tempo de ensaio. As eficiências de degradação de MON para os vários cenários serão apresentadas no capítulo seguinte, tendo sido determinadas de acordo com a equação 20, considerando a variação de volume que ocorreu ao longo dos ensaios de degradação (Vf Vi), ou seja, a soma dos
volumes retirados em cada amostra para as leituras de absorvância e, nos ensaios sob a incidência da luz solar, a evaporação ocorrida devida à temperatura ambiente e radiação solar.
52 Mestrado Integrado em Engenharia Civil fici ncia % f f
i i (20)
Procedeu-se também ao estudo da cinética de degradação da MON, onde, de acordo com a pesquisa bibliográfica realizada, se prevê que a evolução do decaimento da concentração de MON seja descrita por uma cinética de pseudo-primeira ordem.
Os parâmetros pH, cloro livre e cloro total (mg/L) foram analisados de modo a averiguar qual o tipo de perturbação que a degradação de MON e as nanopartículas de TiO2 induzem no seu
valor final.
Nos ensaios sob incidência da luz solar, os dados obtidos da radiação instantânea (W.m2) foram utilizados no cálculo da quantidade de energia solar (450-950 nm) acumulada (Q450- 950,n) recebida no sistema fotocatalítico num intervalo de tempo Δt e por unidade de volume
(Equação 21).
5 95 ,n 5 95 ,n Δtn 5 95
Ar
t (21)
Onde:
Q450-950,n-1 – Quantidade de energia solar acumulada no tempo n-1 (J/L)
Δtn – Intervalo de tempo entre recolha de amostras sucessivas (s)
5 -95
- Radiação solar média medida durante o intervalo de tempo Δtn (W/m2)
Ar – Área do sistema fotocatalítico exposta a luz solar (m2)
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