Orientador: Rodnei Bertazzoli

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um novo eletrodo de PbO2 eletrodepositado em titânio com uma pré camada de chumbo. As melhores condições para a obtenção da camada ativa e da pré camada foram exploradas em diferentes densidades de corrente, o tempo de cada processo foi alterado de maneira que...

Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um novo eletrodo de PbO2 eletrodepositado em titânio com uma pré camada de chumbo. As melhores condições para a obtenção da camada ativa e da pré camada foram exploradas em diferentes densidades de corrente, o tempo de cada processo foi alterado de maneira que a mesma carga fosse transferida. A solução utilizada na eletrodeposição foi 1 mol.L-1 Pb(NO3)2, acidificada com HNO3 até pH 1, na temperatura de 65 °C. A mesma solução foi utilizada para a deposição da pré camada de chumbo com uma corrente catódica e a deposição do revestimento de PbO2 com uma corrente anódica. As melhores condições de preparação foram obtidas à - 15 mA.cm-2 por 600 segundos, seguida por 30 mA.cm-2 por 1800 segundos. Com esses parâmetros o eletrodo apresentou um melhor desempenho no teste acelerado de tempo de serviço, principalmente quando comparado a um eletrodo onde a camada de PbO2 é eletrodepositada diretamente em titânio. Em comparação a um eletrodo com uma intercamada de platina, o sistema composto de Ti/Pb/PbO2 não apresentou diferenças significativas quanto aos valores das capacitâncias totais, 77 mF.cm-2 e 55 mF.cm-2 respectivamente. Além disso, o sistema sem Pt apresentou um melhor desempenho na degradação de uma solução contendo o corante preto remazol, uma característica atribuída à maior rugosidade ou "porosidade eletroquímica (?= 0,71)". A área ativa do eletrodo apresentou ser 3,5 vezes maior que sua área geométrica, uma grande vantagem para processos de eletroxidação de compostos orgânicos. O desempenho do sistema Ti/Pb/PbO2 foi melhor quando comparado ao eletrodo comercial de Ti/TiO2(0,7)/RuO2(0,3) (ADE) fornecido pela DeNora do Brasil na degradação de uma solução composta por um fármaco comercial com o princípio ativo amoxicilina. O decaimento da concentração do composto orgânico foi 2 vezes mais rápido em um densidade de corrente 3 vezes menor. O reator eletroquímico em fluxo de placas paralelas e auto bombeável foi projetado e montado com um anodo de Ti/Pb/PbO2 com 75 cm2. Soluções de glicerol e amoxicilina foram eletro degradadas nessa etapa do estudo. O decaimento do carbono orgânico total foi acompanhado, realizada a análise cinética obteve se constantes de velocidade para uma reação de primeira ordem. As constantes cinéticas obtidas nesses experimentos estão de acordo com os valores esperados, com uma ordem de grandeza de 10-6 m.s-1. As figuras de mérito em transferência de massa também foram obtidas por correlações de números adimensionais de Reynolds, Sherwood e Schimidt. O reator de placas paralelas e auto bombeável se apresentou como uma alternativa de configuração para reatores eletroquímicos

Abstract: We have developed a new PbO2 electrode by electrodeposition on titanium with a lead interlayer. Different current densities were used for obtaining the active layer and the lead interlayer, although the same charge was transferred by selecting the appropriate time interval. The solution...

Abstract: We have developed a new PbO2 electrode by electrodeposition on titanium with a lead interlayer. Different current densities were used for obtaining the active layer and the lead interlayer, although the same charge was transferred by selecting the appropriate time interval. The solution used for electrodeposition was 1 mol l-1 Pb(NO3)2, acidified to pH 1 with HNO3 at 65 °C. The same solution was used for the deposition of the lead interlayer with a cathodic current and the deposition of the PbO2 coating with a anodic current. Best preparation conditions were obtained at - 15 mA.cm-2 for 600 seconds, followed by 30 mA.cm-2 for 1800 seconds. With these parameters the electrode showed better performance on an accelerated service life test, especially when compared to an electrode where the PbO2 layer was electroplated directly on titanium. Compared to the electrode with a platinum interlayer, the system Ti/Pb/PbO2 showed no significant differences in the values of total capacitance, 77 mF.cm -2 and 55 mF.cm-2 respectively. Furthermore, the system without Pt showed better performance in the degradation of a solution containing the dye Remazol black, a feature attributed to the higher roughness or "electrochemical porosity" (? = 0.71). The active surface area of the Ti/Pb/PbO2 electrode was 3,5 times greater than its geometric area, a great advantage for electrooxidation processes of organic compounds. The performance of the system Ti/Pb/PbO2 was better when compared to a commercial DSA type Ti/TiO2(0.7)/RuO2(0.3) supplied by DeNora of Brazil in the degradation of a solution containing amoxicillin. Concentration decay of the organic compound was 2 times faster at a current density 3 times smaller. A self pumped parallel plates flow electrochemical reactor was designed and mounted with a 75 cm2 Ti/Pb/PbO2 anode. Glycerol and amoxicillin solutions were electro-degraded in this experimental set up. Concentration decay of total organic carbon were followed and a kinetic analysis were performed which resulted in the calculation of first order rate constants. Kinetic constants obtained in these experiments are in agreement with the expected values with an order of magnitude of 10-6 m.s-1. Mass transfer figures of merit were also obtained by correlation of dimensionless numbers of Reynolds, Sherwood and Schimidt. The self pumped parallel plate reactor appears as an alternative configuration for flow electrochemical reactors