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dc.contributor.authorVerzola, Marco Aurélio
dc.date.accessioned2022-03-08T20:33:48Z
dc.date.available2022-03-08T20:33:48Z
dc.date.issued2022-02-22
dc.identifier.citationVERZOLA, Marco Aurélio. Comparação da eletroxidação de compostos orgânicos usando eletrodos plano e tela considerando a área eletroativa e a transferência de massa. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15681.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15681
dc.description.abstractToxic organic compounds present in industrial effluents have their concentration limits for disposal determined by increasingly strict environmental and sanitary laws, as they can cause serious problems to the environment and human health. Often, the treatment of these effluents is carried out using biological processes, however, some classes of compounds, including phenolic, are quite refractory to this type of treatment, thus requiring the use of other technologies. Due to these factors, electrochemical techniques have stood out as a promising treatment alternative, mainly for their efficiency and environmental compatibility. However, the energy consumption of the process still represents a factor to be improved for its effective application. In this work, we studied the electrochemical degradation of phenol using different geometries (plate and mesh) of boron-doped diamond (BDD) electrodes. In a first step, the electroactive area of these electrodes was determined (76.6 cm² - mesh and 60.5 cm² - plate) for an effective comparison of phenol degradation applying the limiting current calculated considering the electrochemical and the geometric area. The process was optimized regarding the mass transfer, with the best mass transfer coefficient values obtained using a flow velocity of 0.30 m s-1 (flow velocity). Considering the phenol degradation, the plate BDD coupled with turbulence promoters presented better results both in terms of mineralization rate and mass transfer (km= 1,26 x 10-4 m s-1), compared to the mesh BDD (km = 1,06 x 10-4 m s-1). Subsequently, it was found that the use of AE instead of AG for the calculation and application of the limit current in the degradation process led to an increase of 18.9% in the removal rate of COD. The same trend was observed for the global current efficiency (increase from 53% to 62%), leading to a reduction of the average energy consumption from 45 to 33 kWh kg-1 (considering 75% removal of the initial COD). In a third step, the electrochemical degradation was evaluated in absence of the turbulence promoter. In this case, the mass transfer coefficient decreased from 1.26 x 10-4 m s-1 to 0,48 x 10-4 m s-1, reducing the mineralization rate. The global current efficiency decreased from 62% (with TP) to 23% (without TP) leading to an increase in specific energy consumption from 33 to 90 kWh kg-1. Taking into account the results of the previous steps, the plate BDD + TP electrode was used in modulated current conditions aiming at a more effective reduction of the specific energy consumption, which effectively occurred, as there was an 85% reduction in consumption energetic, corresponding to 24.4 kWh kgCOD-1. The significant reduction is attributed to the high mass transfer rate resulting from the use of TP, associated with the specific design of the reactor used, which led to a 67% increase in current efficiency. Additionally, the consideration of AE for the calculation and application of the limit current during the modulation also allowed the process to operate with current values closer to the real limit current. Finally, the application of modulated current in the electrochemical degradation of a real laboratorial wastewater was evaluated. The results validated the effectiveness of the process by combining TP and modulated current to reduce energy consumption, thus proving to be an alternative for the treatment of effluents containing polluting organic compounds.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectPoluentes orgânicospor
dc.subjectCorrente moduladapor
dc.subjectDiamante dopado com boropor
dc.subjectDegradação eletroquímicapor
dc.subjectFenolpor
dc.subjectPromotor de turbulênciapor
dc.subjectOrganic pollutantseng
dc.subjectModulated currenteng
dc.subjectBoron-doped diamondeng
dc.subjectElectrochemical degradationeng
dc.subjectPhenoleng
dc.subjectTurbulence promotereng
dc.titleComparação da eletroxidação de compostos orgânicos usando eletrodos plano e tela considerando a área eletroativa e a transferência de massapor
dc.title.alternativeComparison of organic compounds electroxidation using plate and mesh electrodes considering their electroactive area and mass transfereng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Ruotolo, Luís Augusto Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6167735734348703por
dc.description.resumoCompostos orgânicos tóxicos presentes em efluentes industriais têm seus limites de concentração para descarte determinados por leis ambientais e sanitárias cada vez mais rigorosas por poderem causar sérios problemas ao meio ambiente e à saúde humana. Muitas vezes, o tratamento desses efluentes é realizado utilizando-se processos biológicos, porém, algumas classes de compostos, entre eles os fenólicos, são bastante refratários a este tipo de tratamento, necessitando então da utilização de outras tecnologias. Em virtude desses fatores, técnicas eletroquímicas têm se destacado como uma alternativa promissora de tratamento, principalmente por sua eficiência e adequação ambiental. Contudo, o consumo energético do processo ainda representa um fator a ser melhorado para sua aplicação efetiva. Neste trabalho, estudou-se a degradação eletroquímica do fenol usando diferentes geometrias (placa e tela) de eletrodos de diamante dopados com boro (DDB). Em uma primeira etapa foi determinada a área eletroativa desses eletrodos (76,6 cm² -tela e 60,5 cm² -placa) para uma comparação efetiva da degradação do fenol aplicando-se a corrente limite calculada considerando a área eletroquímica (AE) e geométrica (AG). O processo foi otimizado quanto à transferência de massa, sendo os melhores valores de coeficiente de transporte de massa obtidos utilizando uma velocidade de escoamento de 0,30 m s-1. Considerando a degradação do fenol, o DDB placa com promotores de turbulência apresentou melhores resultados tanto em termos da taxa de mineralização quanto de transferência de massa (km= 1,26 x 10-4 m s-1), em comparação com o DDB tela (km= 1,06 x 10-4 m s-1). Posteriormente, verificou-se que a utilização da AE ao invés da AG para o cálculo e aplicação da corrente limite no processo de degradação levou a um aumento de 18.9% da taxa de remoção de DQO. A mesma tendência foi observada para a eficiência de corrente global (aumento de 53% para 62%), levando a uma redução do consumo médio de energia de 45 para 33 kWh kg-1 (considerando uma remoção de 75% da DQO inicial). Em um terceiro passo, a degradação eletroquímica foi avaliada na ausência do PT. Neste caso, o coeficiente de transferência de massa diminuiu de 1,26 x 10-4 m s-1 para 0,48 x 10-4 m s-1, reduzindo a taxa de mineralização. A eficiência de corrente global diminuiu de 62% (com PT) para 23% (sem PT), levando a um aumento do consumo energético específico de 33 para 90 kWh kg-1. Levando-se em consideração os resultados das etapas anteriores, o eletrodo de DDB placa + PT foi utilizado em corrente modulada visando a uma redução mais efetiva do consumo energético específico, o que efetivamente ocorreu, pois houve uma redução de 85% no consumo energético, correspondendo a 24,4 kWh kgDQO-1. Esta expressiva redução é atribuída a alta taxa de transferência de massa resultante do uso do PT, associada ao design específico do reator utilizado, que levaram a um aumento de 67% da eficiência de corrente. Adicionalmente, a consideração de AE para o cálculo e aplicação da corrente limite durante a modulação permitiu também que o processo operasse com valores de corrente mais próximos ao da corrente limite real. Por fim, avaliou-se a aplicação da corrente modulada na degradação eletroquímica de um efluente real de laboratório. Os resultados validaram a eficácia do processo combinando PT e corrente modulada para a redução do consumo energético mostrando-se assim uma alternativa atrativa para o tratamento de efluentes contendo compostos orgânicos poluentes.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipId132650/2020-7por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5731427543078859por


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