Desenvolvimento de reator fotocatalítico para tratamento de gases contaminados com compostos orgânicos voláteis

• Processo: 16/00953-6
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2017
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Danielle Matsumoto
• Beneficiário: Danielle Matsumoto
• Empresa: Ecoplas Equipamentos Industriais Ltda
• Município: Mogi Guaçu
• Pesquisadores principais: Leonardo Almeida Diniz
• Pesquisadores associados: Antonio Carlos Silva Costa Teixeira ; José Luís de Paiva ; Roberto Guardani ; Thiago Lewis Reis Hewer
• Bolsa(s) vinculada(s): 16/24535-9 - Estudo da Degradação de Compostos Orgânicos Voláteis em um Reator Fotocatalítico de Leito Fluidizado, BP.TT; 16/21132-0 - Modelagem de escoamento em reator fotocatalítico para tratamento de gases contaminados com compostos orgânicos voláteis, BP.TT; 16/18882-8 - Desenvolvimento de reator fotocatalítico para tratamento de gases contaminados com compostos orgânicos voláteis, BP.TT
• Assunto(s): Reatores químicos Compostos orgânicos voláteis Oxidantes fotoquímicos Emissão de gases Fotocatálise Poluição atmosférica Monitoramento ambiental
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Compostos Orgânicos Voláteis | Controle de Poluição Atmosférica | emissões atmosféricas | Fotocatálise Heterogênea | Processo fotoquímico | Reator | Tratamento de Emissões Atmosféricas

Resumo

No atual contexto, agências de proteção ambiental no mundo inteiro estão enrijecendo, cada vez mais, legislações relacionadas às emissões atmosféricas de Compostos Orgânicos Voláteis (COV). As emendas do Clean Air Act (1990), associadas à Agência Reguladora Ambiental dos Estados Unidos (USEPA), aumentaram o número de compostos tóxicos a serem controlados de 7 para 189, dos quais 50% são COV. No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) definiu compostos orgânicos voláteis pela Resolução n°382/2006 como: "compostos orgânicos que possuem ponto ebulição de até 130ºC na pressão atmosférica e podem contribuir na formação dos oxidantes fotoquímicos", mas não estipulou limites legais de emissão. Em 2009, o Plano Nacional de Qualidade do Ar (PNQA) trouxe como projeto a quantificação de emissões locais de COV e designação de áreas críticas. Tendo em vista o cenário descrito, este trabalho propõe um sistema inovador para o abatimento de COV que seja apropriado em condições nas quais as atuais tecnologias empregadas mostram deficiências. O processo de tratamento baseia-se na foto-oxidação catalítica dos contaminantes em contato com dióxido de titânio (TiO2) e radiação ultravioleta. Com base na compreensão e experiência existente quanto à aplicação da técnica ao tratamento de efluentes gasosos obtida nas últimas duas décadas, este trabalho objetiva desenvolver um reator de leito fluidizado de arraste e recirculação de catalisador heterogêneo. Na literatura, esta configuração de reator é conhecida como STTR (Straight-Throught Transport Reactor). A partir dos resultados obtidos e informações de publicações científicas relacionadas ao tema, entende-se que esta configuração potencializará a capacidade de tratamento e facilitará a operação do processo. O reator para experimentos será construído em vidro e consistirá de um canal anular de fluxo ascendente, com um prato para distribuição de fluxo em sua entrada. Na porção interior deste ânulo estará instalada uma lâmpada com emissão no ultravioleta, protegida por um invólucro de quartzo. Acoplado ao canal anular, haverá um ciclone e um elemento mecânico de retorno do catalisador. O gás tratado será exaurido pelo ciclone. O catalisador que preencherá o reator será TiO2 impregnado em sílica-gel pelo método sol-gel. Um compressor captará o ar ambiente. A umidade do ar capturado será controlada por um secador e um sistema de saturação de uma parcela desta corrente de ar. Esta corrente será contaminada com concentração conhecida de benzeno, tolueno, etil-benzeno e xileno. A viabilidade do reator será avaliada com base no abatimento dos poluentes presentes nesta corrente. Nesta fase 1 do projeto, a unidade de experimentos será construída, amostras serão coletadas dos ensaios experimentais e enviadas para laboratórios de análise contratados, seguindo as principais normas e padrões recomendados. Para realização deste projeto, a empresa contará com a consultoria dos seguintes pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP): Prof. Dr. Antonio Carlos S. C. Teixeira, Prof. Dr. José Luis de Paiva, Prof. Dr. Roberto Guardani, e Dr. Thiago L. R. Hewer, todos eles especialistas reconhecidos nos tema abrangidos por esta pesquisa. Um acordo sobre propriedade intelectual será firmado junto à USP nesta etapa. O produto desta fase do desenvolvimento será um relatório técnico contendo os resultados de experimentos e dados de desempenho do sistema, critérios de projeto do reator e um estudo preliminar da viabilidade técnica e econômica de implantação do sistema. Em caso de um resultado positivo, este estudo servirá como base para aumento de escala do equipamento a ser realizada em um projeto PIPE Fase 2. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DINIZ, LEONARDO ALMEIDA; MATSUMOTO, DANIELLE; SILVA COSTA TEIXEIRA, ANTONIO CARLOS. Photocatalytic degradation of n-hexane in a circulating fluidized bed: An investigation based on the freeboard entrainment model. CATALYSIS TODAY, v. 361, n. SI, p. 109-116, FEB 1 2021. (16/00953-6)

DANIELLE MATSUMOTO; LEONARDO ALMEIDA DINIZ; LETÍCIA SILVA CASTRO; ANTONIO CARLOS SILVA COSTA TEIXEIRA; ROBERTO GUARDANI; JOSÉ LUIS DE PAIVA. KINETIC MODELING AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF A PHOTOCATALYTIC FLUIDIZED BED REACTOR FOR n-HEXANE DEGRADATION. Brazilian Journal of Chemical Engineering, v. 36, n. 4, p. 1561-1570, 2020-01-13. (16/00953-6)

GUSMAO, CAROLINA DE ARAUJO; DINIZ, LEONARDO ALMEIDA; RAMOS, BRUNO; CAMARA, ALAN GOMES; PACHECO, JOSE GERALDO A.; SILVA COSTA TEIXEIRA, ANTONIO CARLOS. Optimization of TiO2/SiO2 photocatalysts in a LED-irradiated gas-solid photoreactor for air treatment. CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN, v. 185, p. 16-pg., 2022-07-23. (16/00953-6)

DINIZ, LEONARDO ALMEIDA; REIS HEWER, THIAGO LEWIS; MATSUMOTO, DANIELLE; SILVA COSTA TEIXEIRA, ANTONIO CARLOS. A comparison between the four Geldart groups on the performance of a gas-phase annular fluidized bed photoreactor for volatile organic compound oxidation. Environmental Science and Pollution Research, v. 26, n. 5, p. 4242-4252, FEB 2019. (16/00953-6)

DINIZ, LEONARDO ALMEIDA; MATSUMOTO, DANIELLE; SILVA COSTA TEIXEIRA, ANTONIO CARLOS. Photocatalytic degradation of n-hexane in a circulating fluidized bed: An investigation based on the freeboard entrainment model. CATALYSIS TODAY, v. 361, p. 8-pg., 2021-02-01. (16/00953-6)