Set/Out 2016 

Pesquisadores do Instituto de Química da USP desenvolveram um reator para tratamento de efluentes industriais, capaz de purificar a água por meio da mineralização de substâncias contaminantes. A inovação foi elaborada no âmbito do Centro de Pesquisa em Processos Redox em Biomedicina (Redoxoma), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

O grupo de pesquisadores é coordenado pela professora Ana Maria da Costa Ferreira, conselheira do CRQ-IV. Em entrevista ao Informativo, ela ressaltou que estuda espécies reativas de oxigênio (EROs) desde a década de1970. No ano passado, concluiu a orientação da tese de doutorado “Processos oxidativos com hidroperóxidos, persulfatos ou perácidos, catalisados por espécies de cobre e de ferro com potencial aplicação em química ambiental”, do pesquisador Saulo Afonso de Almeida Filho, que teve como foco as EROs – peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e as espécies radicalares ânion superóxido (O₂.-) e radical hidroxil (•OH) –, formadas na chamada reação de Fenton, por meio de um processo catalítico.

“As EROs têm papel fundamental tanto em processos industriais quanto no meio biológico. Na indústria, participam dos processos oxidativos avançados (POAs) para degradação de poluentes. Em um organismo vivo, participam na respiração, na fagocitose e na oxidação de xenobióticos”, explicou Ana Maria.

Também entrevistado pelo Informativo, Saulo relatou que o seu interesse por essa área de pesquisa começou ainda no período de graduação, durante a iniciação científica. “No grupo da professora Ana Maria, estudamos as enzimas relacionadas a processos de óxido-redução. Posteriormente, como estagiário em empresas de tratamento de efluentes e remediação ambiental, encontrei problemas que poderiam ser solucionados com o auxílio da Academia”, salientou.

O processo de óxido-redução é uma das principais etapas do funcionamento do reator. As demais são equalização, adsorção, floculação, decantação e filtração. De acordo com Saulo, desde o início, o projeto de pesquisa foi focado no tratamento de efluentes complexos de áreas contaminadas e de origem petroquímica.

No laboratório do Redoxoma, a reatividade das EROs é utilizada em duas frentes: em reações do peróxido de hidrogênio, aliadas à reações de ozonização e de fotocatálise, que viabilizam um processo de tratamento de água baseado em catalisadores de ferro, desenvolvidos a partir dos estudos do próprio grupo; e em estudos de compostos de outros íons metálicos essenciais, como cobre ou zinco, coordenados a ligantes planejados, que são capazes de gerar quantidades significativas de EROs em condições mais brandas, podendo atuar como potenciais agentes antitumorais no meio biológico.

O processo de tratamento de água e o reator desenvolvido deram origem a um pedido de patente junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). De acordo com a professora, o pedido envolveu uma colaboração estabelecida entre a USP e uma empresa petroquímica de rerrefino de óleos lubrificantes, a Lubrasil, instalada em Piracicaba, cujos efluentes já são tratados pelo equipamento.

Desafios – Tanto a professora Ana Maria quanto Saulo contam que enfrentaram obstáculos no processo de desenvolvimento da tecnologia. “No laboratório podíamos usar ligantes mais sofisticados, como os que foram desenvolvidos, para manter os íons de ferro solúveis em condições de pH mais elevados, enquanto na indústria tínhamos que usar substâncias usualmente disponíveis e bem mais baratas”, ressalta a coordenadora do projeto. Saulo também aponta a dificuldade em conciliar as obrigações acadêmicas com as profissionais no período do doutorado. No projeto, ele desenvolveu dispositivos para controlar a entrada dos reagentes e do efluente, além de ter trabalhado na concepção e na construção do reator.

Como Saulo passou parte do período do doutorado sem receber uma bolsa de estudos, trabalhou como consultor na Lubrasil. "Da parte da empresa, seus dirigentes acreditaram nas nossas competências e se dispuseram a correr o risco de buscar meios para concretizar a proposta, isto é, conseguir a purificação e reúso de água a partir de efluentes contaminados com poluentes”, destaca a professora. O pedido de patente depositado junto ao INPI, por meio da Agência USP de Inovação, tem a universidade como detentora dos direitos e a Lubrasil como parceira. Um convênio entre a USP e a Lubrasil encontra-se em andamento, visando um licenciamento dos processos.

Outro desafio vencido foi a aplicação de princípios da Química Verde ao projeto. De acordo com Ana Maria, os reagentes oxidantes usados (peróxido de hidrogênio e ozônio) são compostos que se transformam em oxigênio e água. Dessa forma, se configuram em substâncias que não geram impactos ambientais. Além disso, os catalisadores são baseados em ferro, elemento presente na biosfera e na crosta terrestre, e as substâncias que provocam poluição, inclusas nos efluentes, são mineralizadas (transformadas em dióxido de carbono e água), o que possibilita a reciclagem e o reúso da água na própria indústria geradora do efluente, conseguindo assim economizar recursos.

Resultados – O grupo de pesquisa coordenado por Ana Maria no IQ-USP já desenvolveu catalisadores de ferro (compostos contendo ferro e ligantes capazes de gerar as EROs em solução), com alta eficiência na degradação de diversos tipos de poluentes, em especial de compostos aromáticos de efluentes gerados por indústrias petroquímicas. “Usando reações de peróxido de hidrogênio catalisadas por compostos de ferro, conseguimos mineralizar o tolueno, usado como modelo de poluente, em menos de duas horas, à temperatura ambiente”, explicou Ana Maria. No entanto, essa marca foi atingida em escala de bancada de laboratório. Para que a utilização na indústria se tornasse viável, foi necessário desenvolver um reator apropriado e conjugar outras reações (ozonização e fotocatálise), além das chamadas “reações de Fenton”, para compensar o uso de catalisadores mais simples e baratos, porém com uma eficiência menor do que os utilizados no laboratório do IQ-USP. Nesse reator,utilizaram-se temperaturas mais altas e uma faixa de pH mais ampla.

“Nossos estudos concentraram-se inicialmente no desenvolvimento de um processo homogêneo, mas incluíram também um processo heterogêneo, baseado na ancoragem ou suporte do catalisador em matrizes inorgânicas”, disse. Nessa etapa, o grupo teve a colaboração da professora Vera Leopoldo Constantino, também do IQ-USP, especialista em materiais lamelares e integrante da Comissão de Divulgação do CRQ-IV. Os estudos deverão ter continuidade, segundo a coordenadora, visando otimizar a eficiência do catalisador heterogêneo em escala industrial.

Em termos de resultados obtidos, Ana Maria destacou a formação de um pesquisador no IQ-USP e o depósito do pedido de patente como conquistas do ponto de vista acadêmico. Nos âmbitos industrial e ambiental, o novo processo desenvolvido para a purificação de água (o que gera economia), a possibilidade de tratar os efluentes na própria indústria geradora a um preço competitivo e a aplicabilidade em indústrias de diversos segmentos, como alimentício, farmacêutico, têxtil e, especialmente, petroquímico (pela dificuldade de degradação), são ressaltados por ela.

Já para o pesquisador Saulo Afonso, a viabilidade de sinergia com outras operações unitárias, o custo operacional menor em relação a outros reatores (consequência, segundo ele, do ensaio de tratabilidade) e a não dependência de tecnologia externa são as principais vantagens competitivas oferecidas pelo equipamento.