Índice
Fundamentos da medição redox
Fundo eletroquímico
O potencial redox indica o grau em que uma substância pode libertar (oxidar) ou absorver (reduzir) electrões. É medido em milivolts (mV) e está diretamente relacionado com a concentração de espécies oxidadas e reduzidas na solução. A medição redox baseia-se na equação de Nernst, que descreve o potencial redox em função do potencial padrão e dos rácios de concentração dos pares redox.
O potencial medido é um indicador do equilíbrio eletroquímico entre substâncias oxidantes (por exemplo, oxigénio, cloro) e substâncias redutoras (por exemplo, sulfureto de hidrogénio, ferro(II)).
Métodos de medição e otimização na prática
Medição redox em linha
Os sistemas de medição redox em linha são utilizados em instalações modernas para registar continuamente os valores e transferi-los para sistemas de controlo de processos (por exemplo, SCADA ou DCS). Vantagens destes sistemas:
- Monitorização em tempo real e ajuste automático do processo.
- Função de alarme para desvios do ponto de regulação.
- Registo de dados para análise e otimização.
Calibração e manutenção
Para medições precisas, os eléctrodos redox devem ser calibrados e limpos regularmente, uma vez que os depósitos (por exemplo, de floculantes ou substâncias orgânicas) podem prejudicar a sensibilidade. Para verificar a precisão do elétrodo, são utilizadas soluções de calibração com valores redox conhecidos (por exemplo, tampão de quinidrona).
Componentes técnicos da medição redox
Estrutura de um elétrodo redox
A medição redox é realizada utilizando um par de eléctrodos constituído por:
- Elétrodo de medição: Normalmente feito de platina ou ouro, uma vez que estes materiais são quimicamente inertes e têm uma elevada condutividade eléctrica. O elétrodo de medição interage com os pares redox na solução e desenvolve um potencial que é proporcional ao estado redox.
- Elétrodo de referência: Normalmente, um elétrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl) ou de calomelano que fornece um potencial de comparação estável.
- Dispositivo de medição: Converte o potencial diferencial entre o elétrodo de medição e o elétrodo de referência num valor legível.
Funcionalidade
O princípio de medição baseia-se no facto de ser estabelecido um equilíbrio eletroquímico entre as espécies oxidadas e reduzidas na superfície do elétrodo de medição. A tensão eléctrica resultante é medida e indicada como um potencial redox.
Importância prática da medição redox na tecnologia da água e das águas residuais
1. desinfeção
No tratamento da água, o potencial redox é frequentemente utilizado para monitorizar a desinfeção, especialmente quando se utiliza cloro, ozono ou peróxido de hidrogénio. Um potencial redox elevado (por exemplo, > 650 mV) indica um poder oxidante suficiente, que é necessário para matar germes e agentes patogénicos.
- Exemplo de cloro:
Quando se utiliza cloro, o potencial redox é um indicador do desempenho da desinfeção. O cloro oxida os compostos orgânicos e os microrganismos, o que aumenta o potencial redox.
2. oxidação de poluentes
O potencial redox é utilizado na reação de Fenton, na qual os sais de ferro (II) e o peróxido de hidrogénio reagem para produzir radicais hidroxilo (OH-). Estes radicais oxidam os poluentes orgânicos de forma muito eficaz.
- Objetivo típico: Degradação de substâncias orgânicas difíceis de decompor (por exemplo, em águas residuais farmacêuticas ou químicas).
3. Precipitação e redução do crómio (VI) a crómio (III) com bissulfito de sódio
A redução do crómio (VI) a crómio (III) em águas residuais industriais é uma área especial de aplicação da tensão redox. O crómio (VI) é um metal pesado altamente tóxico e cancerígeno que ocorre em muitos processos, por exemplo, no processamento de metais ou no tratamento de superfícies. Para cumprir os limites legais, o crómio (VI) é frequentemente reduzido por bissulfito de sódio (NaHSO₃).
Mecanismo de reação:
O bissulfito de sódio actua como um agente redutor que converte o crómio (VI) numa solução ácida na forma menos tóxica e mais facilmente precipitável de crómio (III).
- Os iões cromato (Cr₂O₇²-) são convertidos em iões crómio (III) (Cr³⁺) por transferência de electrões.
- Os protões (H⁺) da solução ácida suportam a redução.
- O crómio (III) resultante pode então ser removido da água por precipitação como hidróxido de crómio (Cr(OH)₃).
Monitorização do potencial redox:
O potencial redox é um parâmetro fundamental neste processo, uma vez que reflecte a eficácia da redução:
- Ein niedriges Redoxpotential (< +200 mV) zeigt an, dass genügend Reduktionsmittel vorhanden ist und die Reaktion in Richtung Chrom(III) verläuft.
- O aumento dos valores redox indica que a redução está incompleta ou que é necessária uma dosagem adicional de bissulfito de sódio.
Aplicação prática:
Na prática, o bissulfito de sódio é doseado num ambiente livre de oxigénio e altamente ácido (pH 2-3) para garantir uma redução eficiente e completa. O crómio (III) resultante é precipitado como hidróxido de crómio insolúvel aumentando o pH para 7-9 e pode ser removido por sedimentação ou filtração.
Este processo combina a dosagem química, a monitorização do potencial redox e os processos de precipitação e garante um tratamento seguro e conforme das águas residuais.
4. tratamento biológico de águas residuais
O potencial redox é um parâmetro importante no tratamento biológico de águas residuais, uma vez que reflecte a atividade dos microrganismos:
- Processos aeróbicos: Valores redox elevados (> 200 mV).
- Anaerobe Prozesse: Niedrige Redoxwerte (< -200 mV).
A monitorização orientada da tensão redox ajuda a otimizar os processos e a proteger o sistema de reacções biológicas indesejáveis (por exemplo, redução de sulfato ou formação de metano).
Foto: O nosso sistema CP ALMA CHEM MCW com dosagem de bissulfito de sódio para a redução do crómio VI
Factores que influenciam a tensão redox
Concentração de pares redox
Uma mudança na concentração das espécies oxidadas ou reduzidas leva a uma mudança no potencial redox. Um aumento da concentração do agente oxidante (por exemplo, ozono) aumenta o valor.
Valor do pH
Como muitas reacções redox dependem de protões (H⁺), o valor do pH influencia o potencial redox. Por exemplo, um meio alcalino altera as reacções de oxidação do oxigénio.
Temperatura
Com o aumento da temperatura, a energia cinética das moléculas aumenta, o que aumenta a taxa de reação e, consequentemente, o potencial redox.
Presença de impurezas
As substâncias orgânicas ou os sais dissolvidos podem influenciar as reacções redox, quer ao serem eles próprios oxidados/reduzidos, quer ao desencadearem reacções secundárias.
Medição e controlo na prática
Nas instalações industriais, a tensão redox é frequentemente medida em linha utilizando eléctrodos robustos que são integrados diretamente nos fluxos de processo. Os valores medidos servem de base para o controlo automático da dosagem de produtos químicos e dos processos. Exemplos
- Dosagem de agentes oxidantes: Adição óptima de cloro ou ozono para desinfeção.
- Monitorização de reactores anaeróbios: Garantir condições de processo estáveis através da monitorização do nível redox.
- Proteção contra a corrosão nos circuitos de refrigeração: Prevenção de condições corrosivas através do controlo da tensão redox.
Conclusão
A medição redox é um instrumento importante no tratamento de água e de águas residuais, uma vez que fornece informações fiáveis sobre os processos de oxidação e redução num sistema. Quer seja para monitorizar processos de desinfeção, controlar reduções de metais pesados ou otimizar reactores biológicos - o registo e controlo precisos do potencial redox é crucial para a eficiência e fiabilidade dos sistemas modernos. Um bom conhecimento da medição redox e dos seus factores de influência permite aos operadores e engenheiros organizar os processos de forma estável e com economia de recursos.
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