Photoinduced Degradation of the Herbicide Clomazone Model Reactions for Natural and Technical Systems

The photodegradation of the herbicide clomazone in the presence of S(2)O(8)(2-) or of humic substances of different origin was investigated. A value of (9.4 +/- 0.4) x 10(8) m(-1) s(-1) was measured for the bimolecular rate constant for the reaction of sulfate radicals with clomazone in flash-photolysis experiments. Steady state photolysis of peroxydisulfate, leading to the formation of the sulfate radicals, in the presence of clomazone was shown to be an efficient photodegradation method of the herbicide. This is a relevant result regarding the in situ chemical oxidation procedures involving peroxydisulfate as the oxidant. The main reaction products are 2-chlorobenzylalcohol and 2-chlorobenzaldehyde. The degradation kinetics of clomazone was also studied under steady state conditions induced by photolysis of Aldrich humic acid or a vermicompost extract (VCE). The results indicate that singlet oxygen is the main species responsible for clomazone degradation. The quantum yield of O(2)(a(1)Delta(g)) generation (lambda = 400 nm) for the VCE in D(2)O, Phi(Delta) = (1.3 +/- 0.1) x 10(-3), was determined by measuring the O(2)(a(1)Delta(g)) phosphorescence at 1270 nm. The value of the overall quenching constant of O(2)(a(1)Delta(g)) by clomazone was found to be (5.7 +/- 0.3) x 10(7) m(-1) s(-1) in D(2)O. The bimolecular rate constant for the reaction of clomazone with singlet oxygen was k(r) = (5.4 +/- 0.1) x 10(7) m(-1) s(-1), which means that the quenching process is mainly reactive.

Determination of activation energy distributions for chemisorption of oxygen on carbon: an improved approach

The present paper proposes an approach to obtaining the activation energy distribution for chemisorption of oxygen onto carbon surfaces, while simultaneously allowing for the activation energy dependence of the pre-exponential factor of the rate constant. Prior studies in this area have considered this factor to be uniform, thereby biasing estimated distributions. The results show that the derived activation energy distribution is not sensitive to the chemisorption mechanism because of the step function like property of the coverage. The activation energy distribution is essentially uniform for some carbons, and has two or possibly more discrete stages, suggestive of at least two types of sites, each with its own uniform distribution. The pre-exponential factors of the reactions are determined directly from the experimental data, and are found not to be constant as assumed in earlier work, but correlated with the activation energy. The latter results empirically follow an exponential function, supporting some earlier statistical and experimental work. The activation energy distribution obtained in the present paper permits improved correlation of chemisorption data in comparison to earlier studies. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos – oxidação / redução química

Actualmente, a poluição do ar, água e solo são problemáticas nas quais se têm centrado diversos estudos. Reduzir ou eliminar a concentração dos diversos poluentes presentes nestes meios é uma meta que se pretende atingir. Neste âmbito, têm sido desenvolvidos diversos estudos e trabalhos, utilizando diversas tecnologias, como químicas e biológicas, de forma a conseguir-se atingir este fim. Esta tese teve como principal objectivo estudar a remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos recorrendo à oxidação/redução química. Assim, começou por se estudar a remediação de água contaminada com ibuprofeno, uma vez, que a matriz líquida é mais fácil de estudar que o solo. Neste âmbito escolheram-se os seguintes reagentes para estudar a descontaminação da água: permanganato de potássio, reagente de Fenton e nanopartículas de ferro zero valente. Analisando os resultados obtidos nestas análises, verificou-se que o permanganato de potássio não foi capaz de reduzir a concentração de ibuprofeno presente na água. No entanto, o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir do extracto da casca de castanha e do chá conseguirem reagir com o ibuprofeno, apresentando taxas de degradação de 90 % e 77 %, respectivamente, nas melhores condições experimentadas. Com os resultados obtidos, passou-se a analisar solos contaminados com o ibuprofeno, utilizando o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir de um extracto de chá. Verificou-se que estes reagentes conseguiram reduzir a concentração de ibuprofeno presente no solo (areia) para valores residuais, obtendo-se taxas de degradação acima de 95 % após 5 dias de reacção. Conclui-se que, o objectivo principal desta tese foi cumprido pois foi reduzida, e quase eliminada, a concentração do ibuprofeno presente no solo, recorrendo à oxidação/redução química.

Ecotoxicity tests using the green algae chlorella vulgaris — a useful tool in hazardous effluents management

The treatment efficiency of laboratory wastewaters was evaluated and ecotoxicity tests with Chlorella vulgaris were performed on them to assess the safety of their environmental discharge. For chemical oxygen demand wastewaters, chromium (VI), mercury (II) and silver were efficiently removedby chemical treatments.Areduction of ecotoxicitywas achieved; nevertheless, an EC50 (effective concentration that causes a 50% inhibition in the algae growth) of 1.5% (v/v) indicated still high level of ecotoxicity. For chloride determination wastewaters, an efficient reduction of chromium and silver was achieved after treatment. Regarding the reduction of ecotoxicity observed, EC50 increased from 0.059% to 0.5%, only a 0.02% concentration in the aquatic environment would guarantee no effects. Wastewaters containing phenanthroline/iron (II) complex were treated by chemical oxidation. Treatmentwas satisfactory concerning chemical parameters, although an increase in ecotoxicitywas observed (EC50 reduced from 0.31% to 0.21%). The wastes from the kinetic study of persulphate and iodide reaction were treated with sodium bisulphite until colour was removed. Although they did not reveal significant ecotoxicity, only over 1% of the untreated waste produced observable effects over algae. Therefore, ecotoxicity tests could be considered a useful tool not only in laboratory effluents treatment, as shown, but also in hazardous wastewaters management.

Towards the rational biosynthesis of substituted phenazines and phenoxazinones by laccases

Laccases are multi-copper oxidases that oxidise a wide range of substrates including phenol and aniline derivatives, which could be further involved in coupling reactions leading to the formation of dimeric and trimeric structures. This paper describes the enzyme-mediated dimerisation of several ortho and meta, para-disubstituted aromatic amines into phenazine ("head-to-tail" dimers) and phenoxazinone chromophores. The redox properties of substituted aromatic amines were studied by cyclic voltammetry and the kinetic constants of CotA and Trametes versicolor laccases were measured for selected aromatic amines. The structure of novel enzymatically synthesised phenazine and phenoxazinone dyes using CotA laccase was assessed by NMR and MS. Overall our data show that this enzymatic green process is an efficient alternative to the classic chemical oxidation of aromatic amines and phenols, with an impact on the broad field of applications of these heterocyclic compounds.

Growth of (Perylene)(2) [PD(MNT)(2)] crystals

The conditions for [pd(mnt)(2)]he growth of [pd(mnt)(2)]Perylene) [pd(mnt)(2)] [Pd(mnt) [pd(mnt)(2)]] crystals either by chemical oxidation and electrochemical routes are [pd(mnt)(2)]escribed. The electrocrystallisation is limited by close [pd(mnt)(2)]roximity of [pd(mnt)(2)]he oxidation [pd(mnt)(2)]otentials of [pd(mnt)(2)]he [pd(mnt)(2)]erylene [pd(mnt)(2)]onor and [Pd(mnt) [pd(mnt)(2)]] - anion, and [pd(mnt)(2)]epending on [pd(mnt)(2)]he experimental conditions [pd(mnt)(2)]ifferent [pd(mnt)(2)]orphologies can be obtained. [pd(mnt)(2)]Per) [pd(mnt)(2)] [Pd(mnt) [pd(mnt)(2)]] crystals obtained by elecrocrystallisation were found [pd(mnt)(2)]o be [pd(mnt)(2)]ainly of [pd(mnt)(2)]he β-polymorph with [pd(mnt)(2)]roperties comparable [pd(mnt)(2)]o [pd(mnt)(2)]he Cu, Ni and Pt analogues [pd(mnt)(2)]reviously [pd(mnt)(2)]escribed at variance with [pd(mnt)(2)]hose obtained by chemical oxidation which are [pd(mnt)(2)]ainly of [pd(mnt)(2)]he α-polymorph.

Remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos

O recente surgimento de nanopartículas de ferro valente-zero (nFZV), um material com elevada capacidade de remediação de solos por via de reacções de oxidação/redução pode ser uma opção viável para a remoção de fármacos do solo. A sua aplicação já é uma realidade em alguns tipos de solos contaminados por compostos específicos e, com este trabalho, procura-se estudar a sua capacidade de remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos, recorrendo-se a uma tecnologia “verde” de síntese destas nanopartículas. Esta tecnologia é bastante recente, ainda não aplicada no campo de trabalho, que se baseia no uso de folhas de certas árvores para produzir extratos naturais que reduzem o ferro (III) a ferro zero valente, formando nFZV. Desta forma procedeu-se, à escala laboratorial, ao estudo da eficiência das nFZV na degradação de um fármaco – paracetamol – e comparou-se com a eficiência demonstrada por oxidantes, muito utilizados hoje em dia em casos de remediação in situ como o permanganato de potássio, o peróxido de hidrogénio, o persulfato de sódio e o reagente de Fenton. O estudo foi efectuado em dois meios diferentes: solução aquosa e solo arenoso. De forma muito sucinta, o estudo baseou-se na introdução dos oxidantes/nFZV em soluções/solos contaminados com paracetamol e consequente monitorização do processo de remediação através de cromatografia líquida de alta eficiência. Nos ensaios com soluções aquosas contaminadas com paracetamol, o permanganato de potássio e o reagente de Fenton revelaram capacidade para degradar o paracetamol, atingindo mesmo um grau de degradação de 100%. O persulfato de sódio também demonstrou uma capacidade de degradação do paracetamol, chegando a atingir 99% de degradação, mas apenas recorrendo ao uso de um volume de oxidante elevado quando comparado com os outros dois oxidantes já referidos. Por outro lado, o peróxido de hidrogénio não demonstrou qualquer capacidade de degradação do paracetamol, pelo que o seu uso não passou desta fase. Verificou-se também que o uso de ferro granulado para o tratamento de água contaminada com paracetamol revelou resultados diferentes dos observados no uso de nFZV, obtendo-se eficiências de 87%. Existiram dificuldades analíticas na quantificação do paracetamol, especificamente relacionadas com o uso do extracto de folhas de amoreira, cuja composição continha substâncias que causaram dificuldades acentuadas na análise dos cromatogramas. Por fim, um pequeno teste de combinação do reagente de Fenton com os fenómenos de biodegradação resultantes dos microrganismos presentes em folhas do extracto de chá preto demonstrou que este pode ser uma área que pode e deve ser mais estudada. Desta forma, a utilização das nFZV para o tratamento de água contaminada com paracetamol não permitiu a retirada de conclusões seguras sobre a capacidade que as nFZV produzidas com extractos de folhas de amoreira e de chá preto têm de degradação do paracetamol. Nos testes de remediação de solos contaminados os resultados demonstraram que, mais uma vez, tanto o permanganato de potássio como o reagente de Fenton se revelam como os melhores oxidantes para a degradação do paracetamol, obtendo-se a degradação total do paracetamol. Por outro lado, voltou a ser necessário uma elevada quantidade de persulfato de sódio quando comparada com os dois anteriores, para que ocorra a degradação desta mesma quantidade de paracetamol, demonstrando mais uma vez que, apesar de não ideal, o persulfato demonstra capacidade de degradação do paracetamol.

Potential for entomopathogenic fungi to control Triatoma dimidiata (Hemiptera: Reduviidae), a vector of Chagas disease in Mexico

Introduction The use of entomopathogenic fungi to control disease vectors has become relevant because traditional chemical control methods have caused damage to the environment and led to the development of resistance among vectors. Thus, this study assessed the pathogenicity of entomopathogenic fungi in Triatoma dimidiata. Methods Preparations of 108 conidia/ml of Gliocladium virens, Talaromyces flavus, Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae were applied topically on T. dimidiata nymphs and adults. Controls were treated with the 0.0001% Tween-80 vehicle. Mortality was evaluated and recorded daily for 30 days. The concentration required to kill 50% of T. dimidiata (LC50) was then calculated for the most pathogenic isolate. Results Pathogenicity in adults was similar among B. bassiana, G. virens and T. flavus (p>0.05) and differed from that in triatomine nymphs (p=0.009). The most entomopathogenic strains in adult triatomines were B. bassiana and G. virens, which both caused 100% mortality. In nymphs, the most entomopathogenic strain was B. bassiana, followed by G. virens. The native strain with the highest pathogenicity was G. virens, for which the LC50 for T. dimidiata nymphs was 1.98 x108 conidia/ml at 13 days after inoculation. Conclusions Beauveria bassiana and G. virens showed entomopathogenic potential in T. dimidiata nymphs and adults. However, the native G. virens strain presents a higher probability of success in the field, and G. virens should thus be considered a potential candidate for the biological control of triatomine Chagas disease vectors.

Dengue in Brazil and Colombia: a study of knowledge, attitudes, and practices

Introduction This study was conducted in Brazil and Colombia,where dengue is endemic and vector control programs use chemical insecticides. Methods We identified knowledge, attitudes, and practices about dengue and determined the infestation levels of Aedes aegypti in one Brazilian and four Colombian communities. Results The surveys show knowledge of the vector, but little knowledge about diagnosis, prognosis, and treatment. Vector infestation indices show Brazil to have good relative control, while Colombia presents a high transmission risk. Conclusions Given the multidimensionality of dengue control, vertical control strategies are inadequate because they deny contextualized methods, alternative solutions, and local empowerment.

Perchlorate and chlorate reduction by the Crenarchaeon Aeropyrum pernix and two thermophilic Firmicutes

This study reports the ability of one hyperthermophile and two thermophilic microorganisms to grow anaerobically by the reduction of chlorate and perchlorate. Physiological, genomic and proteome analyses suggest that the Crenarchaeon Aeropyrum pernix reduces perchlorate with a periplasmic enzyme related to nitrate reductases, but that it lacks a functional chlorite-disproportionating enzyme (Cld) to complete the pathway. A. pernix, previously described as a strictly aerobic microorganism, seems to rely on the chemical reactivity of reduced sulfur compounds with chlorite, a mechanism previously reported for perchlorate-reducing Archaeoglobus fulgidus. The chemical oxidation of thiosulfate (in excessive amounts present in the medium) and the reduction of chlorite result in the release of sulfate and chloride, which are the products of a biotic-abiotic perchlorate reduction pathway in A. pernix. The apparent absence of Cld in two other perchlorate-reducing microorganisms, Carboxydothermus hydrogenoformans and Moorella glycerini strain NMP, and their dependence on sulfide for perchlorate reduction is consistent with observations made on A. fulgidus. Our findings suggest that microbial perchlorate reduction at high temperature differs notably from the physiology of perchlorate- and chlorate-reducing mesophiles and that it is characterized by the lack of a chlorite dismutase and is enabled by a combination of biotic and abiotic reactions.

Carbon materials as new generation of new electron shuttles for the anaerobic degradation of environmental xenobiotics

Tese de Doutoramento em Engenharia Química e Biológica

Rapid profiling of intact glucosinolates in Arabidopsis leaves by UHPLC-QTOFMS using a charged surface hybrid column.

INTRODUCTION: The analysis of glucosinolates (GS) is traditionally performed by reverse-phase liquid chromatography coupled to ultraviolet detection after a time-consuming desulphation step, which is required for increased retention. Simpler and more efficient alternative methods that can shorten both sample preparation and analysis are much needed. OBJECTIVE: To evaluate the feasibility of using ultrahigh-pressure liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-QTOFMS) for the rapid profiling of intact GS. METHODOLOGY: A simple and short extraction of GS from Arabidopsis thaliana leaves was developed. Four sub-2 µm reverse-phase columns were tested for the rapid separation of these polar compounds using formic acid as the chromatographic additive. High-resolution QTOFMS was used to detect and identify GS. RESULTS: A novel charged surface hybrid (CSH) column was found to provide excellent retention and separation of GS within a total running time of 11 min. Twenty-one GS could be identified based on their accurate mass as well as isotopic and fragmentation patterns. The method was applied to determine the changes in GS content that occur after herbivory in Arabidopsis. In addition, we evaluated its applicability to the profiling of other Brassicaceae species. CONCLUSION: The method developed can profile the full range of GS, including the most polar ones, in a shorter time than previous methods, and is highly compatible with mass spectrometric detection.