Desenvolvimento de Eletrocatalisadores de Óxido de Tungstênio Suportado em Carbono para a Eletrogeração de Peróxido de Hidrogênio e Degradação Eletroquímica de Corantes Azo
RESUMO
Neste trabalho, foram desenvolvidos eletrocatalisadores para serem usados na confecção de eletrodo de difusão gasosa (EDG) para a eletrogeração de H2O2 para o tratamento de água por processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs). Os eletrocatalisadores de nanopartículas de óxido de tungstênio suportadas nos carbonos Vulcan XC72 e Printex 6L com 1 % em massa de W foram estudados por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia fotoeletrônica de raios-X (XPS), medidas de ângulo de contato e experimentos de reação de redução de oxigênio (RRO) usando um sistema de eletrodo disco-anel rotatório (RRDE). Baseado nos resultados obtidos no estudo da RRO, selecionou-se o eletrocatalisador WO2,72/Vulcan XC72 para confecção do EDG. O EDG de WO2,72/Vulcan XC72 exibiu notável desempenho na eletrogeração de H2O2, boa eficiência de corrente para eletrogeração de H2O2, menor consumo de energia se comparado ao EDG de Vulcan XC72 não modificado e boa estabilidade. O EDG de WO2,72/Vulcan XC72 foi aplicado no tratamento de soluções dos corantes Orange II (OII) e Sunset Yellow FCF (SY) por PEOAs. Nestas eletrólises, o EDG de WO2,72/Vulcan XC72 foi usado como cátodo e combinado com um ânodo de Pt ou DDB para execução de tratamento eletro-Fenton (EF) e Fotoeletro-Fenton (FEF) utilizando diferentes concentrações iniciais de Fe2+. Neste estudo, a fonte de energia foi um potenciostato e o objetivo foi identificar as condições adequadas para aplicação deste sistema eletroquímico (melhor concentração inicial de Fe2+ e ânodo) e a influência da estrutura química dos corantes no processo de degradação. Os resultaram mostraram descolorações mais rápidas com o ânodo de Pt e concentração inicial de Fe2+ igual a 1,00 mmol L-1 e a mineralização mais eficiente no sistema equipado com ânodo de DDB e Fe2+ 0,50 mmol L-1. A estrutura química parece ter influenciado na descoloração, em que se verificou uma descoloração mais rápida do SY, e a mineralização mostrou um rendimento similar, independente do corante oxidado. De posse destes parâmetros mais adequados para o funcionamento do cátodo EDG de WO2,72/Vulcan XC72, então foram realizados mais experimentos, só que utilizando um outro dispositivo para o fornecimento de energia para o sistema de degradação eletroquímica. Neste segundo sistema, foi empregada um fonte de alimentação de corrente contínua para avaliamos o efeito da densidade de corrente (j) aplicada nos seguintes PEOAs: oxidação anódica
com H2O2 eletrogerado (OA-H2O2), EF e FEF. Realizamos pela primeira vez a degradação de OII por processo eletro-Fenton assistido com luz solar simulada, o qual foi denominado solar fotoeletro-Fenton simulado (SFEFS). Também foram identificados e detectados os ácidos de cadeia curta formados durante o processo FEF a 150 mA cm-2. Os resultados mostraram descoloração e decaimento da concentração de OII diretamente proporcionais à densidade de corrente aplicada, em que a OA-H2O2 apresentou a metade do desempenho dos tratamentos EF, FEF e SFEFS. A eficiência de mineralização exibiu a seguinte ordem crescente: OA-H2O2 < EF < FEF ≈ SFEFS, sugerindo que a combinação de cátodo EDG de WO2,72/Vulcan XC72, ânodo de DDB e radiação de luz é vantajosa e o processo SFEFS é promissor. Além disso, o processo FEF com menor j (100 mA cm-2) se mostrou o mais adequado, pois apresentou a maior eficiência de corrente de mineralização e o seu desempenho foi similar ao desempenho dos processos com maior densidade de corrente.