Estudo da degradação do surfactante dodecil sulfato de sódio a partir da cavitação hidrodinâmica acoplada à injeção de oxigênio gerado in loco por eletrólise alcalina da água induzida por energia solar fotovoltaica

Autor: Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
Přispěvatelé: Damasceno, João Jorge Ribeiro, Vieira, Luiz Gustavo Martins, Malpass, Geoffroy Roger Pointer, Coutinho Filho, Ubirajara, Gonçalves, Julio Cesar de Souza Inácio, Cardoso, Vicelma Luiz
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFU
Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
Popis: Surfactantes aniônicos, como o Dodecil Sulfato de Sódio (DSS), são prejudiciais aos seres humanos e aos ecossistemas. Métodos convencionais de remediação não fornecem uma solução definitiva para o tratamento de águas residuais contendo estes compostos. Dessa forma, foi proposto um tratamento de soluções com este contaminante através da cavitação hidrodinâmica acoplada à injeção de oxigênio produzido por eletrólise alcalina da água, induzida por energia fotovoltaica. Primeiramente, células eletrolíticas foram planejadas e construídas para produzir oxigênio a partir da eletrólise da água e energia solar. Os resultados mostraram que as maiores produções de oxigênio foram obtidas nas maiores correntes e nas maiores concentrações de eletrólito (KOH). A eficiência energética e a capacidade destas células conectadas em série foram investigadas. As configurações mais eficientes não foram as que produziram maiores quantidades de gás oxigênio, mas aquelas que produziram maior quantidade de oxigênio por unidade de energia consumida. O arranjo mais eficiente referiu-se a 5 células conectadas em série, com concentração de eletrólito de 7 mol/L e vazão de oxigênio de 175 mL/min. A vazão de 350 mL/min de gás foi obtida com uma configuração de 4 células conectadas em série, com concentração de 7 mol/L e corrente de 13,5 A. Um planejamento composto central foi proposto para obter as melhores condições de pressão, pH e concentração de surfactante para o tratamento de cavitação hidrodinâmica. Altas taxas de degradação de DSS (maiores que 98%) foram obtidas em condições fortemente ácidas. O aumento da pressão também contribuiu positivamente para o aumento da remoção. A concentração de surfactante não se mostrou uma variável significativa. Os valores ótimos de pressão e pH obtidos foram 5,5 bar e 2,03, respectivamente. Estas condições experimentais foram utilizadas no tratamento de cavitação hidrodinâmica acoplada a injeção de oxigênio. Duas vazões de oxigênio foram analisadas: 175 e 350 mL/min. A introdução da maior vazão de gás ao sistema aumentou a constante cinética da reação de 50,43 · 10−3 para 71,45 · 10−3 . A remoção do contaminante foi 5% maior, quando se compara a degradação obtida apenas com cavitação. Entretanto, a injeção de 175 mL/min não resultou em aumento significativo na constante cinética da reação e, consequentemente, na degradação do surfactante. Os estudos indicam a existência de quantidade mínima de gás a ser adicionada para se obter degradações significativas. A análise da adição de oxigênio também foi realizada em condições não otimizadas, utilizando soluções com pH neutro. Ao final de 120 min de tratamento, a remoção de DSS com adição de 350 mL/min de oxigênio foi cerca de 7% maior, quando se compara a remoção obtida somente com cavitação hidrodinâmica Anionic surfactants such as Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) are harmful to humans and ecosystems. Conventional remediation methods do not provide a definitive solution for treating wastewater containing these compounds. Thus, it was proposed to treat solutions of this contaminant through hydrodynamic cavitation coupled to oxygen injection by alkaline water electrolysis and solar energy. First, electrolytic cells were designed and built to produce oxygen from the electrolysis of water and solar energy. The results modified that the highest oxygen productions were obtained at the highest currents and the highest electrolyte (KOH) solutions. The energy efficiency and capacity of these cells connected in series were investigated. The most efficient configurations were not those that produced the greatest amounts of oxygen gas, but those that produced the greatest amount of oxygen per unit of energy consumed. The most efficient arrangement referred to 5 cells connected in series, with a concentration of 7 mol/L and an oxygen flow rate of 175 mL/min. The flow of 350 mL/min of gas was obtained with a configuration of 4 cells connected in series, with an electrolyte concentration of 7 mol/L and a current of 13.5 A. A central composite design was proposed to obtain the best conditions for pressure, pH and surfactant concentration for the treatment of hydrodynamic cavitation. High SDS degradation rates (greater than 98%) were transported in strongly acidic conditions. The increase in pressure also contributed positively to the increase in removal. Surfactant concentration is not shown to be a significant variable. The optimum values of pressure and pH obtained were 5.5 bar and 2.03, respectively. These experimental conditions were used in the treatment of hydrodynamic cavitation coupled with oxygen injection. Two oxygen flows were analyzed: 175 and 350 mL/min. The introduction of the highest gas flow into the system increased the reaction kinetic constant from 50.43 · 10−3 to 71.45 · 10−3 . The removal of the contaminant was 5% higher, when comparing the degradation obtained only with cavitation. However, the injection of 175 mL/min did not result in a significant increase in the kinetic constant of the reaction and, consequently, in the degradation of the surfactant Studies indicate the existence of a minimum amount of gas to be added to obtain significant degradations. The analysis of the addition of oxygen was also carried out under non-optimized conditions, using solutions with neutral pH. At the end of 120 min of treatment, the removal of SDS with the addition of 350 mL/min of oxygen was about 7% higher, when compared to the removal obtained only with hydrodynamic cavitation. Tese (Doutorado)
Databáze: OpenAIRE
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