Detoxificación de residuos peligrosos mediante tratamientos biológicos y fotocatalíticos y su combinación

Programa de doctorado: Ingeniería ambiental y desalinización

Síntesis y caracterización de fotocatalizadores basados en TiO2 : estudios de la degradación de los herbicidas ácido 2,4-Diclorofenoxiacético y bentazona mediante fotocatálisis heterogénea a escala de laboratorio y planta piloto solar

Programa de doctorado: Ingeniería ambiental y desalinización

Estudo do mecanismo de ação antirradicalar de betalaínas

Foi preparada uma série de quatro betalaínas com o objetivo de determinar o efeito da metilação do nitrogênio imínico e da presença de uma hidroxila fenólica na posição 3 do anel aromático sobre a estabilidade e propriedades antirradicalares, fotofísicas e redox desta classe de pigmentos vegetais. O estudo destes compostos, chamados de m-betalainofenol, N-metil-m-betalainofenol, fenilbetalaína e N-metil-fenilbetalaína, revelou que os derivados metilados apresentam um deslocamento hipsocrômico sutil dos máximos de absorção e fluorescência em relação aos compostos não metilados. Os deslocamentos de Stokes são maiores em cerca de 4 kJ mol-1 para os derivados metilados e os rendimentos quânticos de fluorescência cerca de três vezes menores. A hidrólise destas betalaínas foi investigada na faixa de pH entre 3 e 7. Todas as betalaínas são mais persistentes em pH = 6 e a metilação da porção imínica aumenta significativamente a estabilidade da betalaína em meio aquoso. A presença da porção fenólica, em comparação a um grupo fenila, não afeta as propriedades fotofísicas dos compostos e tem um efeito menos pronunciado do que o da metilação sobre a estabilidade destes em meio aquoso. O comportamento eletroquímico dos compostos foi estudado por voltametria cíclica, nas mesmas condições de pH. A N-metilação foi novamente mais significativa do que a hidroxilação, provocando aumento de até 200 mV no potencial de pico anódico. O aumento do pH diminuiu o potencial de pico anódico dos quatro compostos, com uma razão entre prótons e elétrons igual a 1 para a maioria dos picos. A capacidade antirradicalar foi quantificada pelo ensaio colorimétrico TEAC baseado na redução de ABTS•+. Os dois derivados N-metilados apresentaram, em média, o mesmo valor de TEAC, apesar de um ser fenólico e o outro não. Já entre os não metilados, que têm TEAC de 2 a 3 unidades inferior à dos outros, a presença do fenol provoca elevação da capacidade antirradicalar. Os resultados sugerem a participação dos elétrons do anel 1,2,3,4-tetraidropiridínico, acoplados ao próton do nitrogênio imínico na ação antirradicalar de betalaínas.

Estudos mecanísticos da origem da inibição da reação foto-Fenton por íons cloreto

O objetivo principal deste estudo foi determinar a origem da inibição do processo foto-Fenton [Fe(II)/Fe(III), H2O2, luz UV] pelo íon cloreto. Um estudo das reações primárias da etapa fotocatalítica do processo foto-Fenton por fotólise por pulso de laser na presença de NaCl mostrou que a inibição reflete: i) fotólise competitiva dos complexos Fe(Cl)2+ e Fe(Cl)2+; ii) captura do radical hidroxila (dependente do pH) pelo íon cloreto. Esses dois processos formam o ânion radical menos reativo Cl2•- em lugar do radical HO•-, provocando uma progressiva inibição da reação de degradação com a diminuição do pH. Modelagem cinética destes resultados previa que a manutenção do pH em 3,0 durante a fotodegradação evitaria a formação do Cl2•-, o que foi confirmada através de experimentos de fotodegradação do fenol e da gasolina em meio aquoso na presença de NaCl. Por outro lado, na degradação do fenol pela reação térmica de Fenton [Fe(II)/Fe(III), H2O2], o radical hidroxila não parece ter um papel muito importante. A degradação térmica não foi inibida pela presença de íon cloreto e a cinética de mineralização do fenol pela reação térmica de Fenton é indistinguível da degradação do fenol pelo processo foto-Fenton inibido por NaCl. Isso sugere que a reação proposta por Hamilton, isto é, a redução de Fe(III) a Fe(II) por catecol (o principal intermediário inicial da oxidação do fenol) na presença de H2O2, é o mecanismo principal de catálise da reação térmica de Fenton no nosso sistema.

Uma nova metodologia para a síntese de modelos de lignina a partir de reações de inserção O-H entre fenóis de α-aril diazocetonas

A biomassa lignicelulósica tem sua estrutura composta por celulose, hemicelulose e lignina. Dentre essas, a lignina tem se mostrado interessante por ser uma fonte precursora sustentável de fragmentos aromáticos antes obtidos apenas de combustíveis fósseis. Sua estrutura é composta por resíduos de fenilpropanóides p-hidroxibenzeno (H), guaiacil (G) e siringil (S) unidas por ligações C–C e C–O–C em que a ligação β–O–4 é a predominante (mais de 50%). Devido à sua complexidade estrutural e conformacional, a clivagem de suas ligações é pouco seletiva e a caracterização dos fragmentos resultantes é complexa. Uma estratégia comumente empregada para evitar esses desafios é o uso de modelos mais simples. Entretanto, poucas metodologias são reportadas na literatura para a sua síntese e a maioria delas envolve o emprego de halocetonas. O presente trabalho desenvolveu duas novas metodologias promissoras para síntese desses oligômeros, contendo ligação β–O–4 por meio da química de diazo: (a) reação de inserção O–H entre fenol e α–aril diazocetonas, e (b) compostos α–diazo β-cetoéster. Ademais, a utilização de monômeros contendo a função fenol e diazocetona no mesmo anel permitiria a síntese de cadeias de diversos tamanhos em uma única etapa. Como ponto de partida para o estudo, limitou-se à síntese de dímeros, visando entender a reação de inserção O–H. Os produtos desejados foram obtidos em rendimentos de 27–51% após catálise com Cu(hfac)2. Por fim, os modelos de lignina propriamente ditos foram sintetizados após simples adição aldólica e redução em rendimentos globais de 51–78%. Os estudos envolvendo a inserção de fenol em α–diazo β-cetoéster mostraram resultados promissores, corroborando para uma nova estratégia sintética para a obtenção de modelos de lignina. Novos estudos em nosso laboratório estão sendo desenvolvidos para se obter resultados mais conclusivos.

Potencialidade do tratamento eletroquímico oxidativo associado à adsorção para remediação de corantes têxteis

This study aimed to evaluate the potential of oxidative electrochemical treatment coupled with adsorption process using expanded perlite as adsorbent in the removal of textile dyes, Red Remazol and Novacron Blue on synthetic effluent. Dyes and perlite were characterized by thermogravimetry techniques (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Spectroscopy infrared (IR), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) techniques. Electrochemical treatments used as anodes, Ti/Pt and Pb/PbO2 under different conditions: 60 minutes, current density 20, 40 e 60 mAcm-2, pH 1, 4.5 e 8 and temperature variation 20, 40 e 60 ºC. In the case of adsorption tests, contact time of 30 minutes for the Remazol Red dye and 20 minutes for Novacron Blue were established, while pH 1, 4.5 e 8, 500 mg adsorbent and temperature variation 20, 40 e 60 ºC were used for both treatments. The results indicated that both treatments, electroxidation/adsorption and the adsorption/electroxidation, were effective for removing color from synthetic solutions. The consumption of electricity allowed to evaluate the applicability of the electrochemical process, providing very acceptable values, which allowed us to estimate the cost. Total organic carbon (TOC) and Gas Chromatography linked mass spectrometer (GC-MS) analyzes were performed, showing that the better combination for removing organic matter is by Pb/PbO2 and perlite. Meanwhile, GC-MS indicated that the by-products formed are benzoic acid, phthalic acid, thiocarbamic acid, benzene, chlorobenzene, phenol-2-ethyl and naphthalene when Remazol Red was degraded. Conversely, aniline, phthalic acid, 1, 6 - dimethylnaphthalene, naphthalene and ion hidroxobenzenosulfonat was detected when Novacron Blue was studied. Analyses obtained through atomic absorption spectrometry showed that there was release of lead in the electrochemical oxidation of analyzes that were performed with the anode Pb/PbO2, but these values are reduced by subjecting the effluent to adsorption analysis. According to these results, sequential techniques electroxidation/adsorption and adsorption/electroxidation are to treat solutions containing dyes.

Potencialidade do tratamento eletroquímico oxidativo associado à adsorção para remediação de corantes têxteis

This study aimed to evaluate the potential of oxidative electrochemical treatment coupled with adsorption process using expanded perlite as adsorbent in the removal of textile dyes, Red Remazol and Novacron Blue on synthetic effluent. Dyes and perlite were characterized by thermogravimetry techniques (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Spectroscopy infrared (IR), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) techniques. Electrochemical treatments used as anodes, Ti/Pt and Pb/PbO2 under different conditions: 60 minutes, current density 20, 40 e 60 mAcm-2, pH 1, 4.5 e 8 and temperature variation 20, 40 e 60 ºC. In the case of adsorption tests, contact time of 30 minutes for the Remazol Red dye and 20 minutes for Novacron Blue were established, while pH 1, 4.5 e 8, 500 mg adsorbent and temperature variation 20, 40 e 60 ºC were used for both treatments. The results indicated that both treatments, electroxidation/adsorption and the adsorption/electroxidation, were effective for removing color from synthetic solutions. The consumption of electricity allowed to evaluate the applicability of the electrochemical process, providing very acceptable values, which allowed us to estimate the cost. Total organic carbon (TOC) and Gas Chromatography linked mass spectrometer (GC-MS) analyzes were performed, showing that the better combination for removing organic matter is by Pb/PbO2 and perlite. Meanwhile, GC-MS indicated that the by-products formed are benzoic acid, phthalic acid, thiocarbamic acid, benzene, chlorobenzene, phenol-2-ethyl and naphthalene when Remazol Red was degraded. Conversely, aniline, phthalic acid, 1, 6 - dimethylnaphthalene, naphthalene and ion hidroxobenzenosulfonat was detected when Novacron Blue was studied. Analyses obtained through atomic absorption spectrometry showed that there was release of lead in the electrochemical oxidation of analyzes that were performed with the anode Pb/PbO2, but these values are reduced by subjecting the effluent to adsorption analysis. According to these results, sequential techniques electroxidation/adsorption and adsorption/electroxidation are to treat solutions containing dyes.

Análise da biorremediação de compostos monoaromáticos em água através da pseudomonas aeruginosa

The monoaromatic compounds are toxic substances present in petroleum derivades and used broadly in the chemical and petrochemical industries. Those compounds are continuously released into the environment, contaminating the soil and water sources, leading to the possible unfeasibility of those hydrous resources due to their highly carcinogenic and mutagenic potentiality, since even in low concentrations, the BTEX may cause serious health issues. Therefore, it is extremely important to develop and search for new methodologies that assist and enable the treatment of BTEX-contaminated matrix. The bioremediation consists on the utilization of microbial groups capable of degrading hydrocarbons, promoting mineralization, or in other words, the permanent destruction of residues, eliminating the risks of future contaminations. This work investigated the biodegradation kinetics of water-soluble monoaromatic compounds (benzene, toluene and ethylbenzene), based on the evaluation of its consummation by the Pseudomonas aeruginosa bacteria, for concentrations varying from 40 to 200 mg/L. To do so, the performances of Monod kinetic model for microbial growth were evaluated and the material balance equations for a batch operation were discretized and numerically solved by the fourth order Runge-Kutta method. The kinetic parameters obtained using the method of least squares as statistical criteria were coherent when compared to those obtained from the literature. They also showed that, the microorganism has greater affinity for ethylbenzene. That way, it was possible to observe that Monod model can predict the experimental data for the individual biodegradation of the BTEX substrates and it can be applied to the optimization of the biodegradation processes of toxic compounds for different types of bioreactors and for different operational conditions.

Análise da biorremediação de compostos monoaromáticos em água através da pseudomonas aeruginosa

The monoaromatic compounds are toxic substances present in petroleum derivades and used broadly in the chemical and petrochemical industries. Those compounds are continuously released into the environment, contaminating the soil and water sources, leading to the possible unfeasibility of those hydrous resources due to their highly carcinogenic and mutagenic potentiality, since even in low concentrations, the BTEX may cause serious health issues. Therefore, it is extremely important to develop and search for new methodologies that assist and enable the treatment of BTEX-contaminated matrix. The bioremediation consists on the utilization of microbial groups capable of degrading hydrocarbons, promoting mineralization, or in other words, the permanent destruction of residues, eliminating the risks of future contaminations. This work investigated the biodegradation kinetics of water-soluble monoaromatic compounds (benzene, toluene and ethylbenzene), based on the evaluation of its consummation by the Pseudomonas aeruginosa bacteria, for concentrations varying from 40 to 200 mg/L. To do so, the performances of Monod kinetic model for microbial growth were evaluated and the material balance equations for a batch operation were discretized and numerically solved by the fourth order Runge-Kutta method. The kinetic parameters obtained using the method of least squares as statistical criteria were coherent when compared to those obtained from the literature. They also showed that, the microorganism has greater affinity for ethylbenzene. That way, it was possible to observe that Monod model can predict the experimental data for the individual biodegradation of the BTEX substrates and it can be applied to the optimization of the biodegradation processes of toxic compounds for different types of bioreactors and for different operational conditions.