Degradação da cafeína através dos processos oxidativos avançados Fenton e foto-Fenton

Abstract

A cafeína é um poluente emergente, caracterizado por ser persistente e de difícil remoção através de tratamentos convencionais. Tal poluente pode ser encontrado em estações de tratamento de esgoto, em águas subterrâneas, em água potável e em solos. A literatura retrata que processos oxidativos avançados como Fenton e foto-Fenton são eficientes para a degradação de cafeína, visto que oxidam totalmente o composto. Tendo em vista tais considerações, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a eficiência de degradação e mineralização da cafeína por meio dos processos oxidativos avançados Fenton e foto-Fenton em escala laboratorial. A análise da relação entre a degradação de cafeína e as concentrações iniciais dos reagentes Fenton (Fe2+ e H2O2), a intensidade de radiação ultravioleta e o tempo de reação foi realizada através da aplicação de um planejamento de experimentos de metodologia de superfície de resposta. Os ensaios foram conduzidos em meio reacional ácido (pH = 3,0  0,1), temperatura ambiente, concentração inicial de cafeína de 20 mg.L-1, e em condições variáveis dos reagentes Fenton (concentrações iniciais de Fe2+ de 2 mg.L-1, 6,0 mg.L-1 e 10 mg.L-1; concentrações iniciais de H2O2 de 50 mg.L-1, 325 mg.L-1 e 600 mg.L-1), da radiação UV (0 W, 48W e 96 W) e do tempo de reação (0, 30 e 60 minutos). Os resultados indicaram que o processo Fenton não é eficiente na remoção de cafeína (degradação de 9,3% e mineralização de 9,0%), diferentemente do processo foto-Fenton, no qual foi obtida a degradação de 85% e mineralização de 32%. A partir da metodologia de superfície de resposta, foi possível identificar que as melhores condições para realização do processo foto- Fenton para degradação de 20 mg.L-1 de cafeína são altas concentrações de Fe2+ (10 mg.L-1), baixas concentrações de H2O2 (50 mg.L-1), aplicação de radiação UV de 96 W e tempo de reação de 30 minutos. A aplicação do processo oxidativo avançado foto-Fenton mostrou-se eficiente e promissora na degradação e mineralização de cafeína.

Caffeine is an emerging pollutant characterized due its persistence and difficulty to be removed by conventional treatment. The degradation of caffeine by Fenton and photo-Fenton processes was investigated at laboratory scale. The analysis of the relation between caffeine degradation and initial concentrations of the Fenton reagent (Fe2+ and H2O2), the intensity of ultraviolet radiation and the reaction time was performed by applying a methodology for planning experiments response surface. The tests were carried out under acid condition (pH 3.0 ± 0.1), at room temperature, with caffeine initial concentration of 20 mg.L-1, and under varying conditions of Fenton reagent (initial concentrations of Fe2+ 2 mg.L- 1, 6.0 mg.L-1 and 10 mg.L-1, initial concentrations of H2O2 50 mg.L-1, 325 mg.L-1 and 600 mg.L-1), UV radiation intensity (0 W, 48 W and 96 W), and reaction time (0, 30 and 60 minutes). Results indicated that the Fenton process is not efficient in removing caffeine (in the optimized conditions, degradation of 9, 3% and mineralization 9%), unlike the photo-Fenton process, in which the degradation of 85% and mineralization of 32% was obtained. From the response surface methodology was possible to identify the best conditions for carrying out the photo-Fenton process to 20 mg.L-1 of caffeine degradation are high concentrations of Fe2+ (10 mg.L-1), low concentrations H2O2 (50 mg.L-1), UV application of 96 W and reaction time of 30 minutes. The application of advanced oxidation process photo-Fenton showed to be efficient and promising in the degradation and mineralization of caffeine.