Sensor para monitoramento de metais pesados em efluentes industriais
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Data
2023
Autores
Simões, Sara Adrissa Barros
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Resumo
A água é fundamental para o surgimento e a manutenção de todos os seres vivos em nosso
planeta, em especial para o ser humano que desenvolve/realiza diversas atividades com o
uso da mesma. Em relação ao setor industrial, a água pode ser eliminada na forma de
efluente nos processos industriais, podendo, inclusive, estar contaminada com resíduos
tóxicos. Entre os contaminantes existem os metais pesados que em altas concentrações,
podem ocasionar efeitos adversos para o ecossistema. Uma forma de monitorar essas
espécies, seria por meio de sensores eletroquímicos à base de papel, pois são eficientes,
de rápida resposta, e principalmente de baixo custo e impacto ambiental. Dessa forma, este
trabalho teve por finalidade, preparar sensores à base de papel (ePAD, do inglês
electrochemical paper-based devices) e de pasta condutora de grafite para detecção de
íons contaminantes em meio aquoso. Foi realizado a caracterização física dos materiais à
base de carbono utilizados na pasta condutora, bem como, dos filmes pré e pós-aplicação
como sensor, por Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
Para a caracterização dos eletrodos de pasta de grafite em pó depositados em papel
analisou-se a questão da reversibilidade e a reprodutibilidade do mesmo, analisando-se em
diferentes velocidades de varredura (5, 10 e 50) mV/s e três variáveis, sendo estas:
quantidade de pasta condutora nos dispositivos, tempo (dias) de medição, análise em
baixas concentrações do eletrólito e variação da temperatura no material de carbono
utilizados na produção de pastas condutoras. O desempenho eletroquímico do ePAD para
a detecção de íons de cobre em meio aquoso foi avaliado por Voltametria de Onda
Quadrada (VOQ), utilizando uma solução eletrolítica de CuSO4.5H2O em KCl 0,5 mol·L-1
.
O DRX e o MEV mostraram, respectivamente, que os materiais de carbono e os filmes base
são de grafite, com fase majoritária, e a morfologia do material em estudo apresentou
característica da superfície de uma amostra de grafite, com diferenciação na distribuição
das partículas e homogeneidade. Além dessas análises, com a Espectrometria de energia
dispersiva de raios X (EDS) que está acoplado ao MEV foi possível identificar os elementos
presentes nos materiais, que são predominantemente carbono e oxigênio. Os dados
obtidos da resposta eletroquímica evidenciaram que tanto a análise em baixas
concentrações do eletrólito como a variação de temperatura não influenciaram diretamente
na repetibilidade (obteve-se um desvio padrão relativo da altura de pico em cada
concentração, que oscilou em um valor de ~30%), em detrimento da quantidade de pasta
condutora nos dispositivos e tempo (dias) de medição que apresentaram um desvio três
vezes maior. O ePAD foi aplicado em uma amostra real (sem qualquer acondicionamento
na coleta da amostra) de uma indústria de fertilizantes. Nessa etapa do trabalho foi
analisado se a quantidade de cobre presente na amostra, corresponde ao valor estimado
pela empresa a partir da curva de calibração com uma solução eletrolítica padrão de cobre.
Com essa correlação, foi possível verificar que o material possui uma concentração de
cobre 80% acima do valor fornecido pela empresa. Esses resultados preliminares
mostraram que o sensor funciona e tem potencialidade para análise de amostras em
condição real, isto é, sem controle em laboratório.
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino- Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química.
Palavras-chave
efluentes; monitoramento; sensores; detecção