ELETROQUÍMICA E DESPOLUIÇÃO

Métodos Eletroquímicos para Remover os Poluentes da Água

ions na aguaDiversos processos industriais utilizam a água no seu estado ultrapuro e nessas condições a presença de contaminantes residuais, em baixa concentração, se torna um grande desafio.

Íons de sais indesejáveis e poluidores dissolvidos na água, mesmo em baixíssimas concentrações são retirados por técnicas de ultrafiltração em membranas e técnicas eletroquímicas conhecidas como: desmineralização por resinas catiônicas e aniônicas, dessalinização, eletrodiálise, eletrodeionização e outras.

Estas técnicas são usadas não só nas empresas de saneamento como também em grandes caldeiras, nas indústrias de alimentos, bebidas e farmacêutica, em plantas de celulose e outras.

A maioria dessas técnicas de purificação da água consomem muita energia elétrica, insumos químicos e geram resíduos indesejáveis.

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A figura acima mostra dois vasos de desmineralização com leito de resina catiônica e aniônica, utilizado em sistemas com grandes caldeiras nas indústria. Gentileza GE.

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Os processos de separação eletroquímica convencionais apresentam diversas limitações como: flutuações de acidez e perdas de desempenho que podem acontecer como resultado de reações superficiais concorrentes.

TRATAMENTO POR ELETRODIÁLISE

O princípio básico da eletrodiálise consiste em transformar uma solução aquosa em duas: uma mais concentrada em eletrólitos do que a original e a outra mais diluída.

dessanilizador

A figura acima mostra um sistema de dessalinização que utiliza membranas. Gentileza Sea Recovery.

A eletrodiálise utiliza uma membrana íon-seletiva, que são ionômeros que apresentam grupos funcionais positivos (aniônicos) ou negativos (catiônicos) ligados quimicamente a matriz polimérica.

O vídeo abaixo, de Marcelo Bravo, Nícolas Astroza e Juan Nieto da Universidad Técnica Federico Santamaria, mostra o processo de eletrodiálise – ELECTRODIALISIS UTFSM

TRATAMENTO POR ELETRODEIONIZAÇÃO

Na eletrodeionização (EDI), se combina resinas de troca iônica e membranas de seleção iônica com corrente contínua para remover os íons da água. O seu desenvolvimento e utilização na purificação da água combateu algumas das limitações da resina de troca iônica, em particular, a liberação de íons à medida que a resina se esgota e a necessidade associada de substituir ou regenerar as resinas.

Eletrodeionização+(+EDI+)

A figura acima mostra um sistema de eletrodeionização.

O processo de troca iônica remove eficazmente os íons da água, trocando-os por íons H+ e OH-. A água passa por uma ou mais câmaras cheias com resinas de troca iônica entre as membranas seletivas de cátions ou ânions.

O vídeo abaixo, da Siemens, mostra o processo de eletrodeionização contínua – How CEDI Works 

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NOVA TÉCNICA COM ELETRODOS FARADAICOS

Um novo processo de tratamento é descrito na revista Energia e Ciência Ambiental, em um documento do MIT, publicado por Xiao Su, Ralph Landau, Alan Hatton e outros cinco na Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha.

O método desenvolvido no MIT (Massachusetts Institute of Technology) poderia fornecer uma alternativa para remover até mesmo níveis extremamente baixos de compostos indesejáveis e perigosos, contando com um processo eletroquímico para remover seletivamente os compostos orgânicos contaminantes, tais como pesticidas, produtos químicos e produtos farmacêuticos.

CELULA ELETROQUÍMNICA MIT

A figura acima mostra a célula eletroquímica usada para demonstração do novo processo de despoluição da água.

Segundo Xiao Su, os sistemas atuais para tratar tais contaminantes muito diluídos incluem a filtração por membrana, que é dispendiosa e tem eficácia limitada em baixas concentrações, a eletrodiálise e desionização capacitiva, que muitas vezes requerem tensões elevadas que tendem a produzir reações secundárias. Estes processos também são dificultados por excesso de depósitos de sais.

No novo sistema do MIT, a água flui entre superfícies tratadas quimicamente, ou “funcionalizadas”, que servem como eletrodos positivos e negativos. Estas superfícies de eletrodo são revestidas com materiais conhecidos como “Faradaicos”, que podem sofrer reações para se tornar positivamente ou negativamente carregados. Estes grupos ativos podem ser ajustados para se ligar fortemente a um tipo específico de molécula poluente, como a equipe demonstrou usando ibuprofeno e vários outros pesticidas. Os pesquisadores descobriram que este processo pode efetivamente remover tais moléculas mesmo em concentrações de partes por milhão.

novos eletrodos Faradaicos do MIT

A figura acima mostra os novos eletrodos Faradaicos funcionalizados

Estudos anteriores geralmente têm se concentrado em eletrodos condutores, ou placas funcionalizadas em apenas um eletrodo, mas muitas vezes atingem altas tensões que produzem compostos contaminantes. Ao usar eletrodos adequadamente funcionalizados nos lados positivo e negativo, em uma configuração assimétrica, os pesquisadores eliminaram quase que completamente essas reações secundárias. Além disso, esses sistemas assimétricos permitem a remoção seletiva simultânea de íons tóxicos positivos e negativos ao mesmo tempo, como a equipe demonstrou com os herbicidas “paraquat” e “quinclorac”.

O vídeo abaixo fala sobre a nova técnica de eletrodos faradaicos proposta pelos pesquisadores do MIT – New Method Removes Micropollutants from Water.

Para Xiao Su, o mesmo processo seletivo também deve ser aplicado à recuperação de compostos de alto valor em uma planta de produção química ou farmacêutica, onde eles poderiam ser desperdiçados. Ele afirma que o sistema poderia ser usado para a remediação ambiental, para a remoção química orgânica tóxica, ou em uma planta química para recuperar produtos de valor agregado, como todos eles dependem do mesmo princípio para retirar o íon minoritário de um complexo sistema multi íon.

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Alan Hatton  afirma que ao contrário dos sistemas baseados em membrana que exigem altas pressões e outros sistemas eletroquímicos que operam em altas tensões, o novo sistema funciona em baixas tensões e pressões relativamente baixas. Ele aponta que, ao contrário dos sistemas de troca iónica convencionais, onde a liberação dos compostos capturados e a regeneração dos adsorventes requerem a adição de produtos químicos, “no nosso caso, você pode simplesmente inverter um interruptor” para obter o mesmo resultado, alterando a polaridade dos eletrodos.

REFERÊNCIA

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