Remoção eletroquímica de atrazina com geração simultânea de hidrogênio: integração de processos avançados para tratamento sustentável de efluentes

Introdução

A produção sustentável de hidrogênio, vetor energético associado à descarbonização, tem impulsionado os processos eletroquímicos. Neste projeto, um sistema de fluxo contínuo com água do mar simulada produz hidrogênio e cloro, este último pode ser utilizado no tratamento de efluentes marinhos, como a atrazina, herbicida persistente e tóxico. Para avaliar o desempenho do sistema é fundamental comparar o hidrogênio obtido experimentalmente com o esperado pela carga transferida, relação expressa pela eficiência faradaica.

Objetivo

Avaliar a produção eletroquímica de hidrogênio e analisar a eficiência faradaica sob diferentes condições de corrente, vazão e tempo, buscando compreender o comportamento observado entre os ensaios.

Método

Utilizou-se um reator eletroquímico de fluxo contínuo, com compartimentos anódico e catódico separados e eletrodos dimensionalmente estáveis (DSA®). O hidrogênio gerado no compartimento catódico foi coletado por deslocamento volumétrico e corrigido para volume seco. Empregou-se planejamento fatorial com ponto central, variando corrente (0,5; 1; 1,5 A), vazão (60; 80; 100 mL/min) e tempo (30; 60; 90 min), em triplicata. O volume teórico foi calculado pela carga transferida (lei de Faraday), e a eficiência faradaica correspondeu à razão entre volumes corrigidos e teóricos.

Resultados e discussão

As eficiências médias variaram de 87,4% a 113,2%, e os volumes corrigidos acompanharam a carga transferida, porém a maioria das condições superou 100%, limite fisicamente impossível, interpretado como erro experimental, associado à medição volumétrica, influenciada por bolhas de ar ou volume residual na coleta. Apenas três condições ficaram dentro do limite teórico: 1,5 A, 60 mL/min e 30 min ( 88,7%); 1,5 A, 60 mL/min e 90 min (87,4%); 1,5 A, 100 mL/min e 90 min (91,2%). Isso não as torna mais representativas, as de 60 mL/min tiveram as maiores dispersões, com coeficiente de variação de 53,5% e 47,4%, contra 19,2% na de 100 mL/min. Nas de 90 min, os maiores volumes do estudo, o volume corrigido médio (cerca de 898 e 936 mL) ficou 129 e 90 mL abaixo do teórico (cerca de 1027 mL). Baseado na menor dispersão, a de 100 mL/min é a mais representativa da lei de Faraday. O cloro no reservatório anódico, por titulação iodométrica, indicou maiores concentrações nas de 90 min (3281,72 e 3278,41 mg/L), indicando, segundo dados da literatura, potencial de aplicação do sistema no tratamento da atrazina.

Conclusão

A eficiência faradaica mais representativa foi 91,2% ( 1,5 A; 100 mL/min; 90 min ), pela menor dispersão entre réplicas. Nessa condição, a carga elétrica elevada, produto entre corrente e tempo, está de acordo com a lei de Faraday, segundo a qual a quantidade teórica de hidrogênio é proporcional à carga transferida. Além disso, na condição de 1,5 A, 60 mL/min e 90 min, a produção de cloro indica potencial de aplicação no tratamento da atrazina. Dessa forma, o estudo contribui para o desenvolvimento do sistema voltado ao tratamento de efluentes, avaliando as melhores condições operacionais para a coprodução de hidrogênio e cloro.

Palavras-chave

• Hidrogênio
• Eletrólise
• Atrazina
• Cloro