Tratamento de águas residuais de galvanoplastia por método eletro-Fenton

　　1 Introdução ao Método Eletroquímico de Fenton

　　O conceito de tecnologias avançadas de oxidação foi proposto pela primeira vez por Glaze e outros em 1987, marcado pela geração de radicais hidroxila (·OH). As tecnologias avançadas de oxidação (AOPs) baseadas na reação de Fenton, desenvolvidas nos últimos anos, incluem principalmente o método de Fenton e o método pseudo-Fenton. A reação de Fenton tradicional não consegue reciclar o ferro, tem uma faixa de pH estreita (ótima de 2,0 a 3,5), os íons de ferro em si capturam radicais livres e a taxa de utilização do peróxido de hidrogênio não é alta, o que limita sua aplicação no tratamento de água. Como os radicais hidroxila têm uma vida útil curta, eles são frequentemente auxiliados por condições externas, como luz ultravioleta e campos elétricos, para fortalecer seus efeitos de tratamento e expandir suas aplicações no tratamento de água, incluindo principalmente o método foto-Fenton, o método eletroquímico de Fenton, o método foto-eletroquímico de Fenton e o método UV-Fenton. Entre eles, o método eletroquímico de Fenton não só possui todas as propriedades dos métodos eletroquímicos, mas também pode utilizar a forte capacidade oxidativa dos radicais hidroxila, tornando-se gradualmente a principal direção de desenvolvimento dos reagentes de Fenton e também a direção principal da tecnologia eletroquímica.

　　2 Princípio do Método de Fenton

Em 1894, o cientista francês Fenton H J H descobriu que íons ferrosos e peróxido de hidrogênio em condições ácidas podem degradar eficazmente o ácido tartárico. Com o agravamento da poluição orgânica, este método proporcionou um novo caminho para o tratamento de águas residuais orgânicas, com significado de época. Para comemorar a excelente contribuição de Fenton H J H, Fe2+/H2O2 foi nomeado reagente de Fenton, e esta reação foi chamada de reação de Fenton. O reagente de Fenton pode oxidar seletivamente e eficazmente matéria orgânica, possuindo uma forte oxidabilidade. No entanto, o mecanismo da reação de Fenton não é bem compreendido, e os cientistas propuseram várias hipóteses possíveis. Americanos usaram dimetilsulfóxido (DMPO) como um captador de radicais livres e, usando ressonância magnética nuclear, capturaram sinais de radicais livres, propondo um mecanismo de radicais livres e fragmentos de oxidantes. Posteriormente, estudos de Walling, Norman e Jefcoate, entre outros, também confirmaram esta conclusão. David R. e outros resumiram o mecanismo da reação de Fenton de seus predecessores (ver Tabela 1-1). O mecanismo de reação atualmente amplamente aceito é: o peróxido de hidrogênio reage com íons ferrosos para gerar radicais livres (.OH) e íons hidróxido (OH-), onde os radicais livres possuem um alto potencial eletroquímico de oxidação (ver Tabela 1.2). Portanto, o reagente de Fenton no tratamento de água utiliza principalmente a forte oxidabilidade dos radicais livres. Além dos íons ferrosos, outros íons de metais de transição (como Cu2+, etc.) também podem catalisar a decomposição do peróxido de hidrogênio em radicais livres e íons hidróxido.

A tecnologia eletroquímica de Fenton é uma das tecnologias de tratamento eletroquímico desenvolvidas com base no reagente de Fenton. O método eletroquímico de Fenton (EF) pode ser dividido em duas formas. Uma delas é a reação de Fenton entre sais de ferro(II) solúveis e H2O2 gerado no cátodo em solução levemente ácida, combinando bem a eletroquímica com o Fenton; os eletrodos usados neste método são frequentemente grafite, feltro de carbono, etc. Outro método é o método do ânodo de sacrifício, onde o eletrodo metálico atua como ânodo, dissolvendo Fe2+ e reagindo com H2O2 adicionado externamente para realizar a reação de Fenton, cujo mecanismo de reação é o seguinte:

O mecanismo de remoção de poluentes pela reação eletroquímica de Fenton também é muito complexo. A visão amplamente aceita atualmente é baseada na forte capacidade oxidativa dos radicais hidroxila. Devido às diferentes formas do método eletroquímico de Fenton, as maneiras de gerar radicais hidroxila também são diferentes. No entanto, na degradação de poluentes, os pesquisadores geralmente acreditam que é semelhante à ação do reagente de Fenton, sendo principalmente a forte capacidade oxidativa dos radicais gerados pela ação do ânodo e cátodo para oxidar, decompor e eliminar poluentes.

　　3 Características do Método Eletroquímico de Fenton

　　A tecnologia eletroquímica de Fenton tem as seguintes vantagens em relação à tecnologia de Fenton tradicional:

　　(1) Utiliza-se grafite, feltro de carbono, etc. como cátodo para a reação eletroquímica. Em condições ácidas, o oxigênio introduzido no cátodo é convertido em peróxido de hidrogênio. Portanto, o peróxido de hidrogênio não precisa ser adicionado externamente, o que reduz o custo de tratamento e também diminui o perigo do peróxido de hidrogênio durante o transporte.

　　(2) Apenas uma parte do oxigênio introduzido no eletrólito é convertida em peróxido de hidrogênio, enquanto o restante é liberado na forma gasosa, atuando como um agente de agitação para o eletrólito. Isso garante a mistura homogênea do eletrólito e previne o fenômeno da polarização.

　　(3) A reação eletroquímica pode fornecer Fe2+ de forma contínua. A dissolução da placa gera diretamente Fe2+ ou o Fe3+ recebe elétrons e é reduzido a Fe2+, permitindo que o Fe2+ seja reutilizado em ciclo. O método Fenton requer a adição de sais de ferro, o que resulta em alto custo e grande quantidade de lodo. A água tratada apresenta alta cor e alto teor de ânions. O Eletro-Fenton não apresenta esses problemas.

　　(4) A degradação eletroquímica de Fenton de poluentes, além da ação oxidativa dos radicais livres, também envolve processos como eletrocoagulação, eletrooxidação, eletrorredução, eletroflotação ou a ação combinada e sinérgica desses processos. Consulte especificamenteLoja de Purificadores de Águadocumentação ouhttp://www.dowater.commais documentos técnicos relacionados.

　　4 Aplicação do Método Eletroquímico de Fenton no Tratamento de Água

Huang Y H e outros usaram o método eletro-Fenton para tratar águas residuais petroquímicas. Os resultados experimentais mostraram que o método eletro-Fenton, que usa um ânodo de ferro sacrificial para fornecer Fe2+ em combinação com H2O2 adicionado externamente, tem um alto efeito de remoção de COD em águas residuais. Comparado com O3, O3/H2O2, hipoclorito de sódio e o método Fenton tradicional, o efeito de remoção eletro-Fenton foi significativamente melhor do que os outros métodos. Brillas E e outros usaram o método eletro-Fenton para degradar anilina. Cristina Flox e outros usaram eletro-Fenton e fotoeletro-Fenton com Pt como ânodo para tratar águas residuais de corante índigo. O eletro-Fenton com BDD como ânodo e o fotoeletro-Fenton com catálise combinada de Fe2+ e Cu2+ com Pt como ânodo puderam mineralizar completamente o corante índigo. Marco Panizza e outros usaram eletro-Fenton com produção de peróxido de hidrogênio no cátodo para degradar corantes sintéticos, investigando a influência de vários fatores no efeito de degradação. Zhou M H e outros usaram o método eletro-Fenton para tratar vermelho de metila, usando PTFE como cátodo, investigando a influência da concentração de eletrólito Na2SO4, pH, concentração de íons ferrosos e concentração de poluentes na remoção de vermelho de metila. Os resultados mostraram que a degradação do vermelho de metila ocorreu em duas fases, com a segunda fase tendo uma taxa de degradação mais lenta do que a primeira. Zhang H e outros usaram eletro-Fenton para remover COD de aterros sanitários, investigando a influência do tempo de reação, espaçamento entre placas, densidade de corrente e razão molar H2O2/Fe2+ na degradação. Os resultados mostraram que o eletro-Fenton pode degradar efetivamente a matéria orgânica em lixiviado de aterro sanitário, sendo não apenas mais eficiente, mas também mais econômico do que o Fenton comum. Brillas E e outros estudaram o ácido 3,6-dicloro-2-metoxibenzoico herbicida por oxidação anódica, eletro-Fenton e fotoeletro-Fenton. Zhao X e outros usaram tecnologias de eletrocoagulação e eletro-Fenton para degradar águas residuais de placas de circuito. Zhao X e outros usaram tecnologias de eletrocoagulação e eletro-Fenton para remover arsênio, usando DSA e placas de ferro como eletrodos. O arsênio foi oxidado no eletrodo DSA e depois removido por coagulação e precipitação. A influência de íons coexistentes na remoção de arsênio foi estudada, e descobriu-se que íons Ca e Mg promovem a remoção de arsênio, enquanto íons Cl-, CO32-, PO43- inibem a remoção de arsênio. Boye B e outros usaram métodos como oxidação anódica, eletro-Fenton e fotoeletro-Fenton para degradar o herbicida 2,4,5-T. Panizza M e outros usaram o método eletro-Fenton para degradar águas residuais industriais orgânicas de ácido naftalenossulfônico e ácido antraquinonossulfônico. Lian Yu e outros usaram o método de oxidação eletro-Fenton para tratar águas residuais simuladas de laranja ácido II. O método de oxidação eletro-Fenton pode decompor eficientemente as ligações azo e o anel naftalênico na estrutura molecular da laranja ácido II, melhorando a biodegradabilidade das águas residuais.