Development of a system containing titanium dioxide and algae for hexavalent chromium reduction by photocatalysis

Abstract

Devido ao crescimento populacional, a fabricação de produtos tem aumentado e, consequentemente, a geração de efluentes com materiais tóxicos. Entre eles, o cromo(Cr) se destaca. Em seu estado de oxidação 6+, o cromo é tóxico e cancerígeno. Os tratamentos tradicionais de cromo demandam uma alta carga química, sendo importante a proposta de processos alternativos. Assim, os processos de fotocatálise ganharam destaque na área científica devido ao seu aspecto mais sustentável e eficiente. Em trabalho anterior, desenvolvemos um sistema híbrido de dióxido de titânio (TiO2) e a alga verde Chlorella vulgaris imobilizados em fibras ocas de alumina assimétrica para a redução de cromo hexavalente (Cr(VI)) por fotocatálise. No entanto, alguns pontos precisavam ser melhorados e, por isso, decidimos focar em duas áreas diferentes: o TiO2 e o reator. Para o TiO2, as partículas foram dopadas com nanopartículas de Ag a fim de reduzir o band-gap do catalisador utilizando um processo simples e ultrassom. Além disso, as partículas produzidas foram imobilizadas interna e externamente em uma membrana de fibra oca de alumina. Os experimentos foram realizados em um reator do tipo raceway utilizando a luz solar como fonte de energia e as microalgas Scenedesmus acutus e Scenedesmus obliquus. Para a análise da influência do oxigênio dissolvido, foi utilizado um sistema sob agitação magnética, injeção de oxigênio e nitrogênio e a comparação entre a eficiência do TiO2 e da alga a 1 g/L. A metodologia ultrassônica produziu partículas de AgNP-TIO2 com teor de 5 a 50% em peso de teor de Ag. Embora o conteúdo de Ag das partículas de AgNP40-TiO2 e do AgNP50-TiO2 tenham sido maiores, a eficiência dessas partículas é reduzida devido à oxidação do Ag. As metodologias de imobilização produziram fibras ocas com partículas imobilizadas. As partículas dispersas e imobilizadas tiveram desempenho semelhante. No entanto, após 10 ciclos de 12 h de reutilização, as partículas imobilizadas tiveram um desempenho superior, sendo uma boa alternativa para redução de custos. A penetração da luz solar no reator raceway seguiu a lei de Beer Lambert. A correlação entre o coeficiente de absorção específico e a concentração de alga foi determinada. Para condições de concentração inicial de Cr(VI) de 1, 5 e 10 g/L, pH 3 e 8, concentração de alga de 0,5 e 1g/L, Scenedesmus acutus e Scenedesmus obliquus e iluminação baixa e alta para experimentos de 3 h, a espécie de cultivo de algas foi o único fator que não apresentou influência significativa para a fotoredução do Cr(VI). A partir das melhores condições obtidas de pH 3, 0.5 g/L S. obliquus e alta intensidade luminosa, utilizando 50 mg/L de Cr(VI) foi possível obter uma redução de 44.43% e um gradiente de redução de 22.22 mg/L Cr(VI). A concentração de oxigênio dissolvido não influenciou a aplicação de TiO2 enquanto a condição anaeróbica favoreceu o processo com alga.