Ânodos tridimensionais com elevado tempo de vida útil para a produção eletroquímica de ozônio a partir da eletrólise da água pura

Abstract

Eletrodos constituídos de β-PbO2 foram preparados mediante inclusão de íons Fe3+ no processo de eletrodeposição do PbO2, usando como substrato tela de aço (ASTM 316) para obter eletrodos permeáveis à fluidos. A análise de difração de raios X revelou preferência na formação da fase β-PbO2 em relação à fase α-PbO2. Imagens de MEV revelou uniformidade com alterações superficiais devido à inclusão de Fe3+. Foi realizado eletrólise de água pura usando um eletrodo polimérico sólido (EPS) em um reator filtro prensa visando a produção eletroquímica de ozônio (PEO), obtendo uma eficiência de corrente da PEO (ΦPEO) de 10% com produção de ozônio de 1,58 g h─1 e consumo de energia de 0,250 kW h g─1. Eletrólise prolongada (t = 60 dias, j = 1,0 A cm─2 e 24 °C) demostrou estabilidade na tensão do reator (U) e na ΦPEO. Também foi eletrodepositado β-PbO2 em substrato de tecido de carbono tipo sarja para a mesma finalidade. A análise de difração de raios X revelou preferência da fase β- PbO2 em relação à α-PbO2. Imagens de MEV mostrou uniformidade com alterações superficiais devido à inclusão de Fe3+. Na PEO foi obtido uma ΦPEO de 9,5%, com produção de ozônio de 1,40 g h─1 e consumo de energia de 0,290 kW h g─1. Eletrólise prolongada (t = 30 dias, j = 1,0 A cm─2 e 24 °C) demostrou estabilidade de U e na ΦPEO. Foram realizadas otimizações, possibilitando reduzir o custo de produção do conjunto eletrodo membrana (MEA) e aumento na ΦPEO em 4% e redução dos custos energéticos em 40%. O ozônio produzido foi utilizado para degradar solução de paracetamol (PCT) (20, 30 e 50 mg dmdm─3) em função do pH (ácido, natural (6,3) e alcalino) e tempo de ozonização. A análise espectrofotométrica/UV e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) revelaram que a degradação é mais pronunciada em meios alcalinos, com uma menor energia elétrica por ordem (EEO). Estudos de demanda química de oxigênio (DQO) revelaram uma redução de 80% de DQO para a degradação em pH 10. Verificou-se uma tendência entre dados DQO e CLAE com espectrofotométrica/UV em 243 nm. O estudo de ressonância magnética nuclear (RMN), após a ozonização, revelou que a oxidação do PCT ocorreu através da ruptura do anel aromático, oxidada para HCO3−, sem alteração no grupo acetamida. Com a construção de um novo reator para degradar PCT, Reator PVC 50, possibilitou reduzir os custos de degradação do PCT em até 60%, em relação à degradação utilizando o reator de vidro.