Aproveitamento de luz solar na produção fotocatalítica de hidrogênio a partir de águas residuais provenientes de curtume de couro

Abstract

Produzir hidrogênio a partir do tratamento fotocatalítico do lodo de curtume de couro é uma forma sustentável de geração de energia limpa, com baixo custo e empregabilidade de resíduos, promovendo a química verde. Aliada a isso, a incidência de luz solar na superfície da Terra é mais que suficiente para suprir as necessidades energéticas do planeta, sendo esta composta por cerca de 43% da luz visível. Neste sentido, o presente trabalho propõe o emprego do resíduo de curtume obtido da etapa de banho de caleiro, rico em sulfeto de sódio, para atuar como reagente de sacrifício e CdS como fotocatalisador na produção fotocatalítica de hidrogênio assistida por luz visível. O lodo de caleiro, material objeto do estudo, foi selecionado por apresentar elevados teores de enxofre (73,0 g kg-1) e carbono orgânico total (430,0 g kg-1), que podem atuar como reagentes de sacrifício na produção fotocatalítica de hidrogênio. Foram avaliados os quatro parâmetros reacionais que tradicionalmente influenciam na produção fotocatalítica de hidrogênio empregando um planejamento experimental: massa do Fotocatalisador (CdS), concentração do reagente de sacrifício (resíduo de curtume), pH e volume da fonte de co-catalisador (Pt). De acordo com os resultados do planejamento, a concentração de resíduo está limitada a 50% (v/v) e o pH ≥ 13 para maior eficiência de produção de hidrogênio. Já o teor de Pt e a massa de CdS são fatores de menor relevância e fixados em 0 e 60 mg, respectivamente. A taxa de produção de hidrogênio nestas condições é de 400 µmol g-1 h-1 nas primeiras 5 horas de irradiação. Esta taxa diminui com a exposição prolongada à luz e estabiliza após 27 horas de irradiação, atingindo um máximo de 184 µmol, o equivalente a 3,07 mmol g-1cat. Os resultados de análises dos efluentes gasoso e líquido revelam que CO2 não é produzido durante o período avaliado e Cr(VI) não está presente na fase líquida após irradiação, indicando que a matéria orgânica bem como o Cr(III) presentes no lodo de caleiro não atuam como reagentes de sacrifício.

Producing hydrogen from photocatalytic treatment of leather tannery sludge is a sustainable form of clean energy generation, low cost and waste employability, promoting green chemistry. Besides, the sunlight incidence on the Earth's surface is more than enough for the energy needs of the planet, which is composed of about 43% of visible light. Thus, this work proposes the use of tannery waste obtained from liming bath step, rich in sodium sulfide, to act as a sacrificial reagent and CdS as photocatalyst in photocatalytic hydrogen production assisted by visible light. The liming sludge object of study was chosen because it has high sulfur content (73,0 g/kg) and high total organic carbon (430,0 g/kg), which can act as sacrificial reagents in the photocatalytic hydrogen production. Four reaction parameters that traditionally influence in the photocatalytic hydrogen production were evaluated using an experimental design, such as: mass of photocatalyst (CdS), sacrificial reagent concentration (tannery waste), pH and volume of the co-catalyst (Pt) source. According to the experimental design results, the tannery waste concentration is limited to 50% (v/v) and pH ≥ 13 for highest hydrogen production efficiency. While the Pt content and mass of CdS are less relevant factors and fixed at 0 and 60 mg, respectively. The hydrogen production rate under these conditions is 400 µmol g-1 h-1 in the first 5 hours of irradiation. This rate decreases with prolonged exposure to light and stabilizes after 27 hours of irradiation, reaching a maximum of 184 µmol, equivalent to 3.07 mmol g-1cat. The results of gaseous and liquid effluents analyses have shown that CO2 is not produced during the period evaluated and Cr(VI) is not present in the liquid phase after irradiation, indicating that the organic matter and Cr(III) present in the sludge liming do not act as sacrificial reagents.