Produção de hidrogênio verde com simultâneo tratamento de águas contaminadas com poluentes emergentes

• Processo: 24/18326-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Estímulo a Vocações Científicas
• Data de Início da vigência: 15 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 01 de março de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Edson Antonio Ticianelli
• Beneficiário: Juliana Prando
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Eletroquímica Eletro-oxidação Poluição da água Contaminantes emergentes Produção de hidrogênio Tratamento de resíduos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: contaminantes emergentes | eletrooxidação | geração de hidrogênio | Tratamento de Resíduos | Eletroquímica

Resumo

A eletrólise acoplada da água é uma estratégia promissora para a produção de hidrogênio verde[1-2]. Os poluentes são matérias-primas atraentes para as reações anódicas frente a reação de evolução do oxigênio, com as vantagens da conversão de resíduo a produtos de valor agregado e a redução de custos do processo [3-4]. Neste trabalho, é proposto uma avaliação sistemática da eletrólise acoplada da água com águas residuais contendo cafeína. A cafeína (1, 3, 7-trimetilxantina) é um dos muitos contaminantes emergentes pertencentes à classe farmacêutica e é um ingrediente comum em muitos alimentos, bebidas, medicamentos farmacêuticos e PCPs. Consequentemente, a cafeína acumula-se no ambiente, danificando a biota e perturbando o frágil ambiente aquático. Assim, surge a necessidade de desenvolver novas técnicas para eliminar a cafeína das águas residuais para cessar a sua acumulação no ecossistema aquático. Desta forma, este trabalho propõe estudar a oxidação da cafeína em águas naturais e simultaneamente a produção eletroquímica de hidrogênio [3-4]. Para isso, estudos em célula de dois compartimentos separados por uma membrana de Nafion® serão realizados. Solução eletrolítica contendo KOH no lado catódico e solução de cafeína do lado anodico em pH básico serão empregadas. Eletrodos a base de óxidos metálicos e catodos de níquel serão empregados. Parâmetros que influenciam no processo, tais como o potencial de célula, a concentração do contaminante, serão avaliados. A degradação eletroquímica da cafeína será avaliada através da análise de decaimento da concentração por cromatografia líquida de alta eficiência, análise de carbono orgânico total e cálculos cinéticos. A eficiência do processo global será avaliada através da taxa de produção de hidrogênio, do consumo de energia e degradação da cafeína A eletrólise acoplada da água com águas residuais refratárias, faz do hidrogênio um subproduto de alto valor agregado para redução de custos operacionais desde a visão do tratamento de águas residuais. Sendo assim, este trabalho poderá oferecer uma referência para a avaliação sistemática e seleção de eletrólise de água acoplada a águas residuais. Este plano de trabalho oferecerá ao estudante a oportunidade de se aprender e familiarizar-se com técnicas eletroquímicas, num tema científico altamente relevante para a comunidade e de interesse global. (AU)