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Andrade J. A., Teófilo R. F., Jardim I. C. S. F., Ferreira M. M. C., Kubota L. T., "USO DE PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL PARA A OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE DEGRADAÇÃO DE COMPOSTOS FENÓLICOS USANDO REAGENT DE FENTON" ["APPLICATION OF EXPERIMENTAL DESIGN IN OPTIMIZATION OF PHENOLICS DEGRADATION USING FENTON'S REAGENT"]. João Pessoa, PB, 07-11/10/2007: 14o Encontro Nacional de Química Analítica (14o ENQA) [14th National Meeting of Analytical Chemistry (14o ENQA)], CDROM online, (2007). Poster QB115.


Português

USO DE PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL PARA A OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE DEGRADAÇÃO DE COMPOSTOS FENÓLICOS USANDO REAGENT DE FENTON

Juliano de A. Andrade (PQ)*, Reinaldo F. Teófilo2 (PG),  Isable C. S. F. Jardim1(PQ), Márcia M. C. Ferreira2 (PQ), Lauro T. Kubota3 (PQ)
jaa1000@gmail.com

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Química: 1- Laboratório de Pesquisas em Cromatografia Líquida (LABCROM); 2- Laboratório de Quimiometria Teórica e Aplicada (LQTA); 3- Laboratório de Eletroquímica, Eletroanalítica e Desenvolvimento de Sensores (LEEDS).

Palavras Chave: Reagente de Fenton, Fenóis, Planejamentos Experimentais.

Introdução
Reagente de Fenton é um processo oxidativo muito empregado na degradação de compostos tóxicos e recalcitrantes, como os fenóis. Os compostos fenólicos são produzidos em diversos processos industriais e normalmente são encontrados em efluentes de indústrias de papel e celulose, e em lixiviados de aterros sanitários, etc. [1-2] e assim, esta classe de poluentes tem sido detectada em diversos compartimentos ambientais. Esses compostos, por serem tóxicos, estão na lista de substâncias perigosas e poluentes prioritários de diversas Agências de Proteção Ambiental. Portanto, uma grande importância tem sido dada à triagem, monitoramento e controle destes compostos [3]. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi estudar o reagente de Fenton, que consistiu na otimização das relações mássicas entre o conteúdo de carbono presente no material a ser tratado, de peróxido de hidrogênio e de sal de ferro em meio ácido, i.e. C:H2O2:Fe, de maneira a obter ganhos na remoção de carbono orgânico total (TOC) de rejeitos contidos em uma mistura de seis compostos fenólicos, fenol, catecol, hidroquinona, o-cresol, m-cresol e guaiacol.

Experimental
Para realizar a otimização do reagente de Fenton aplicou-se o Planejamento Composto Central [4] com duas variáveis, i.e., x na relação C:xH2O2 e y na relação Fe:yH2O2. Aqui, x e y foram definidos como RPe e RFe, respectivamente. O produto RPe*(Cº inicial), define a quantidade de peróxido de hidrogênio em mg L-1 e a razão RPe*(C inicial)/RFe define a quantidade de Fe em mg L-1, usado como FeSO4.7H2O. Antes das adições dos reagentes o valor de pH do rejeito foi ajustado para 3,0.

Resultados e Discussão
Num primeiro planejamento, para uma quantidade inicial de cerca de 500 mgC/L de TOC, obtiveram-se remoções entre 67,6% e 73,3%. Verificou-se que somente a variável RFe foi significativa e positiva. De acordo com a Análise de Variância (ANOVA) a regressão foi significativa e não houve falta de ajuste para o modelo a um nível de significância de 0,05 pelo teste t. A superfície de resposta indicou que valores menores para RPe e maiores para RFe empregados neste planejamento proporcionaram uma maior remoção de TOC. Para aumentar esta remoção com menor quantidade de H2O2 e, conseqüentemente, menor o custo do processo, um segundo planejamento foi elaborado deslocando os níveis do planejamento anterior. Os resultados mostraram que não houve melhorias significativas nas remoções de TOC, porém foi possível remover praticamente as mesmas quantidades de TOC usando apenas 45% do H2O2, o que garantiu um processo com custo e eficiência otimizadas.

Conclusões
Os melhores valores para RPe e RFe para a remoção de TOC foram de 65 e 50, respectivamente. Estas proporções foram aplicadas, com sucesso na degradação de rejeitos de laboratório com TOC em torno de 3000 mgC/L, obtendo remoções significativas de fenóis, TOC, odor e cor.

Agradecimentos
Ao CNPq pelo auxílio financeiro.
____________________________
[1] Farre, M. et al., Trac-Trends Anal. Chem. 22 (2003) 299.
[2] Benfenati, E. et al., Trac-Trends Anal. Chem. 22 (2003) 757.
[3] Muna, G. W. et al., Anal. Chem. 77 (2005) 6542.
[4] Teófilo, R. F.; Ferreira, M. M. C., Quim. Nova 29 (2006) 338.

14º Encontro Nacinal de Química Analítica

English

APPLICATION OF EXPERIMENTAL DESIGN IN OPTIMIZATION OF PHENOLICS DEGRADATION USING FENTON'S REAGENT

Juliano de A. Andrade (PQ)*, Reinaldo F. Teófilo2 (PG),  Isable C. S. F. Jardim1(PQ), Márcia M. C. Ferreira2 (PQ), Lauro T. Kubota3 (PQ)
jaa1000@gmail.com

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Química: 1- Laboratório de Pesquisas em Cromatografia Líquida (LABCROM); 2- Laboratório de Quimiometria Teórica e Aplicada (LQTA); 3- Laboratório de Eletroquímica, Eletroanalítica e Desenvolvimento de Sensores (LEEDS).

Key Words: Fenton's Reagent, Phenols, Experimental Design.

Introduction
Fenton's reagent is an oxidative process which is widely used in degradation of toxic and recalcitrant compounds such as phenols. Phenolic compounds are generated in various industrial processes and usually exist in efluents from paper and celulose industry, in waste treatment processes, etc. [1-2], and besides, this class of poluents has been detected in diverse parts of environment. These compounds, due to their toxicity, are in the list of hazardous substances and the most important poluents in various Environmental Protection Agencies. Therefore, a special attention has been give to the separation, monitoring and control of these compounds [3]. In this sense, the purpose of this work was to study Fenton's reagent by optimizing mass relationships among contents of carbon in the studied material, hydrogen peroxide, and iron salt in acid medium, i.e. C:H2O2:Fe. The aim of the optimization is to obtain gains in the removal of total organic carbon (TOC) from wastes from a mixture of six phenolic compounds: phenol, catechol, hydroquinone, o-cresol, m-cresol and guaiacol.

Experimental
To perform the optimization of Fenton's reagent, Central Compound Design [4] with two variables was applied, i.e., x from C:xH2O2 and y from Fe:yH2O2. Here, x and y were defined as RPe and RFe, respectively. The product Pe*(initial Cº) defines hydrogen peroxide quantity in mg L-1, whilst the ratio RPe*(initial C)/RFe defines Fe quantity in mg L-1 in form of FeSO4.7H2O. The pH value was set to 3.0 before adding the reagents.

Results and Discussion
In the first experimental design with an initial quantity of TOC about 500 mgC/L, obtained removals wer between 67.6% and 73.3%. It was verified that only the variable RFe was significant and positive. According to Analysis of Variance (ANOVA), the regression was significant and there was no lack of adjustment in the model at a level of significance 0.05 from the t-test. The response surface indicated that the smallest values of RPe and the greatest for RFe used in this design have enabled the best TOC removal. To improve this removal with smaller quantities of H2O2, and consequentely, to mimize the costs of the process, another experimental design was carried out by shifting the levels of the previous design. The results showed tht there was no significant improvement in TOC removal, but it wa possible to remove practically the same TOC quantities of TOC with using only 45% H2O2, what enabled a process with low costs and optimized efficiency.

Conclusions
The best values of RPe and RFe for TOC removal were  65 and 50, respectively. These quantitites were successively applied in waste degradation in laboratory, with TOC around 3000 mgC/L, with significant removal of phenols, TOC, smell and color.

Acknowledgements
To CNPq for financial support.
____________________________
[1] Farre, M. et al., Trac-Trends Anal. Chem. 22 (2003) 299.
[2] Benfenati, E. et al., Trac-Trends Anal. Chem. 22 (2003) 757.
[3] Muna, G. W. et al., Anal. Chem. 77 (2005) 6542.
[4] Teófilo, R. F.; Ferreira, M. M. C., Quim. Nova 29 (2006) 338.

14º Encontro Nacinal de Química Analítica