doctoralThesis
Sistema bioeletroquímico para remoção de corante tetra-azo em solução aquosa usando eletrodos de grafite
Autor
AMORIM, Sandra Meirelles de
Institución
Resumen
PESSÔA, Sávia Gavazza dos Santos, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: Gavazza, Sávia O desempenho de sistema eletroquímico (biótico e abiótico) para remoção do corante têxtil tetra-azo preto DB22 foi avaliado neste trabalho. Os ensaios foram realizados em célula eletroquímica de câmara dupla (ânodo e cátodo), separadas por membrana Nafion® 117, com volume útil de 280 mL em cada câmara, divididos em duas fases: Fase I (FI) realizada com os valores de potencial iguais a -1,6; -1,3 e -1,0 V, aplicados individualmente, para ambos os processos biótico e abiótico; e Fase II (FII) em que a corrente elétrica foi variada em -0,1; -0,2; -0,5; -2,0 e -5,0 mA, realizada apenas para a condição bioeletroquímica de bioânodo e biocátodo.. Ambos os eletrodos (ânodo e cátodo) foram confeccionados em placas de grafite. Glicose usada como doador de elétrons no ânodo e o corante DB22 foi adicionado ao cátodo, como aceptor de elétrons. Em FI duas soluções tampão foram testadas (1,5 e 50 mM de solução tampão fosfato). Os resultados de FI indicaram melhor eficiência do tratamento bioeletroquímico em comparação ao sistema eletroquímico. No biocátodo a eficiência média de descoloração com a solução tampão de 50mM, foi igual a 82%, para o potencial -1,3 V e 81%, para o potencial -1,0 V, valores 1,4 e 2,4 vezes maiores que os obtidos para o cátodo abiótico. A remoção de DQO também foi mais eficiente quando microrganismos foram adicionados ao compartimento anódico, sendo os valores correspondes para o bioânodo iguais a 83 e 84%, que foram 2,1 e 2,3 vezes maiores que os obtidos para ânodo abiótico. O uso do potencial em -1,6V resultou em eficiências negativas de remoção, em decorrência de provável lise celular causada pela variação de pH (de 7 para 1,6). Menores valores de carga (Q), que representam o consumo de energia elétrica, e maiores velocidades de descoloração (52% e 76% maior, -1,3 V e -1,0 V, respectivamente, ba-bc em relação a a-c) também foram observadas no sistema bioeletroquímico (bioânodo e biocátodo). Em FII, os melhores resultados foram obtidos com os menores valores de corrente aplicados (-0,1 mA, -0,2 mA e -0,5 mA), com eficiências de descoloração que variaram entre 71% e 80%. Verificou-se ainda que a presença de microrganismos altera o percurso dos elétrons, favorecendo a remoção de cor no cátodo e auxiliando a transferência de elétrons, resultantes da oxidação da matéria orgânica no ânodo. Na condição -0,1 mA, com carga aplicada 28 vezes menor do que em FI com potencial em -1,0 V e solução tampão 50 mM (ba-bc), o desempenho foi superior, apresentando eficiências 2,2, 1,9 e 3,6 vezes maior em relação a descoloração, remoção de DQO (ânodo) e velocidade, indicando superioridade do sistema bioeletroquímico, inclusive do ponto de vista energético. FACEPE The behavior of an electrochemical system (biotic and abiotic) was evaluated in this work for the removal of the textile tetra-azo black dye DB22. The essays were conducted in an electrochemical dual-chamber cell (anode and cathode), separated by the Nafion 117 membrane, with net volume of 280 mL in each chamber. The experiment was conducted in two phases: Phase I (PI) in which the potential of -1.6, -1.3 and -1.0 V was individually applied to both biotic and abiotic electrochemical condition; and Phase II (PII) in which the electrical current of -0.1, -0.2, -0.5, -2.0 and -5.0 mA was used only in the bioelectrochemical configuration of bio-anode and bio-cathode. Graphite plates electrodes were used as anode and cathode. Glucose was the electron donor at the anode, while the DB22 dye was electron acceptor at the cathode. Two buffer solutions were tested (1.5 e 50 mM phosphate buffer solution) in PI. Results from PI indicated better performance of the bioelectrochemical system in comparison to the electrochemical. At the bio-cathode the discoloration efficiency, found for the 50mM buffer, was 82%, for the -1.3V applied potential, and 81% for the -1.0V applied potential, values 1.4 and 2.4 times higher than the ones found for the abiotic cathode. COD removal efficiency was also higher when microbes were used in the anodic chamber, with corresponding values of 83 e 84% for the bio-anode. These were 2.1 and 2.3 times higher than in the abiotic anode. Negative removal efficiencies were obtained for the applied potential of -1.6V, as consequence of probable cellular disruption caused by pH variation (from 7 to 1.6). Lower charge (Q), resulting in lower energy consumption, and higher discoloration rates (52% and 76% higher, -1.3 V and -1.0 V, respectively, ba-bc with respect to a-c) were also observed at the bioelectrochemical system (bio-anode and bio-cathode, simultaneously). For PII the best results were found to the lower values of applied current (-0.1 mA, -0.2 mA, and -0.5 mA), with discoloration efficiency ranging from 71% and 80%. Additionally, we can say that the electrons flow was changed when microbes were added, favoring the dye removal at the cathode and the COD removal at the anode. At the condition -0.1 mA in PII, the charge (Q) was 28 times lower than the one found in PI, at the best potential applied of -1.0V and 50 mM buffer solution (ba-bc). The performance was higher, presenting efficiencies of 2.2, 1, 9 and 3.6 times higher in relation to discoloration, removal of COD (anode) and velocity, indicating superiority of the bioelectrochemical system, including from an energetic point of view.