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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-26082011-143209
Document
Author
Full name
Pâmela Coelho Tambani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Guardani, Roberto (President)
Freire, Renato Sanches
Vianna Junior, Ardson dos Santos
Title in Portuguese
Estudo da degradação de fenol e seus intermediários pelo processo UV/H2O2.
Keywords in Portuguese
Fenol
Matemática
Modelagem
Processos oxidativos avançados
Abstract in Portuguese
No processo UV/H2O2, oxidar o substrato a CO2 e água resulta em um elevado consumo de H2O2. Então, esse processo tem sido proposto como um pré-tratamento para reduzir a toxicidade a níveis seguros para o tratamento biológico posterior. Por essa razão, é necessário estudar o progresso da reação, pois a toxicidade de alguns intermediários formados durante a oxidação pode ser mais elevada que a do composto inicial. Neste trabalho, os experimentos foram realizados em um reator tubular fotoquímico, contendo em seu eixo uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão, conectado a um tanque de recirculação. O processo UV/H 2O2 é aplicado no tratamento de água contendo fenol (50500mg C.L-1). Os resultados demonstraram que o principal produto da oxidação primária é o catecol, indicando que a hidroxilação ocorre predominantemente na posição orto. A abertura do anel aromático leva à formação de ácidos orgânicos, o que explica a diminuição do pH durante a reação. Foram identificados os seguintes ácidos: fórmico, oxálico, maleico e malônico. Na etapa seguinte desse trabalho, dois modelos cinéticos foram desenvolvidos. Os modelos foram baseados nas reações químicas e fotoquímicas iniciadas pelos radicais hidroxila gerados pela fotólise do peróxido de hidrogênio. Foram utilizados os valores encontrados na literatura para os parâmetros fotoquímicos e constantes cinéticas das reações fotoquímicas. Os resultados experimentais foram utilizados para estimar as constantes cinéticas das reações que envolvem os compostos aromáticos. No primeiro modelo foram contempladas todas as reações fotoquímicas envolvidas e, no segundo, apenas as consideradas mais significantes. Os resultados das simulações considerando os parâmetros ajustados mostraram uma melhor concordância com os dados experimentais para o primeiro modelo. As constantes cinéticas deste modelo para as reações nas quais o fenol é oxidado a catecol (k14) e hidroquinona (k15) foram 2,60x108L.mol-1.s-1 e 1,03x108L.mol-1.s-1, respectivamente. As constantes cinéticas para a oxidação do catecol (k17) e hidroquinona (k18) encontradas foram 1,41x108L.mol-1.s-1 e 2,02x108L.mol-1.s-1, respectivamente. Também foi observada elevada correlação entre as constantes k14 e k17 e entre k15 e k18.
Title in English
Study of the degradation of phenol and its intermediates by UV/H2O2 process.
Keywords in English
Advanced oxidation process
Mathematical modeling
Phenol
Abstract in English
In the UV/H2O2 process, the oxidation of the substrate to CO2 and water results in high H2O2 consumption. Due to this fact the process has been proposed as a pretreatment to reduce toxicity to safe levels prior to biological treatment. Thus, it is necessary to study the reaction progress because some intermediate compounds may be more toxic than the initial compound. In the present study experiments were carried out in a lab-scale tubular photochemical reactor with a low-pressure mercury vapor lamp placed in its axis, connected to a recirculation tank. The UV/H2O2 process was applied to the degradation of an aqueous solution containing phenol as a model pollutant (concentration range: 50-500mg.L-1). The experimental results indicated that orto-hydroxylation (catechol formation) was predominant. The cleavage of the aromatic ring resulted in the production of organic acids, which caused the pH decrease over the reaction time. The following acids were detected: formic, oxalic, maleic and malonic. The experimental results were used to estimate kinetic rate constants for the reactions involving aromatic compounds according to two kinetic models based on chemical and photochemical reactions, initiated by hydrogen peroxide photolysis to produce hydroxyl radical. Numerical values of chemical reaction rate constants and photochemical parameters were taken from literature. The first model considered all photochemical while the second model considered the most significant ones. The parameter fitting results showed better agreement with experimental values based on the first model. The resulting values for the rate constants according to this model were as follows: 2.60x108L.mol-1.s-1 for phenol oxidation to catechol, and 1.03x108L.mol-1.s-1 for phenol oxidation to hydroquinone by hydrogen peroxide. The reaction rate constants for the oxidation of catechol, and hydroquinone by hydrogen peroxide are 1.41x108L.mol-1.s-1 and 2.01x108L.mol-1.s-1, respectively. A high correlation was observed between constants k14 and k17, and between k15 and k18.
 
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Publishing Date
2011-09-12
 
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