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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.59.2018.tde-12072018-122156
Documento
Autor
Nome completo
Caroline Scaramboni
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2018
Orientador
Banca examinadora
Campos, Maria Lucia Arruda de Moura (Presidente)
Fornaro, Adalgiza
Nogueira, Thiago
Oliveira Filho, Antonio Gustavo Sampaio de
Título em português
Aspectos do papel do peróxido de hidrogênio como oxidante na atmosfera no contexto das atuais políticas públicas de emissões veiculares
Palavras-chave em português
Acetaldeído; Água de chuva; Águas superficiais; Biocombustível; Etanol; Interface ar-água
Resumo em português
O objetivo global deste trabalho foi fornecer subsídios para melhor compreender como as políticas públicas voltadas às emissões veiculares, incluindo o uso de etanol combustível, podem afetar a composição química da atmosfera. O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um dos oxidantes mais importantes presentes na troposfera, podendo participar de reações com uma variedade de compostos orgânicos e inorgânicos. Neste trabalho, a determinação de H2O2, etanol, acetaldeído e outras espécies orgânicas e inorgânicas, foi realizada na fase gasosa, água de chuva e em águas superficiais. Foi utilizado de forma pioneira o método fluorimétrico baseado na formação do fluoróforo 2,7-diclorofluoresceína para determinar H2O2 em amostras de águas naturais (LD = 2 nmol L-1 e LQ = 7 nmol L-1). Enquanto outros métodos demandam a análise imediata da amostra, neste caso, o fluoróforo permanece estável por cerca de 48 h, facilitando as análises e o trabalho de campo. A concentração de H2O2 na água de chuva de Ribeirão Preto coletada de 2014 a 2017 variou entre 5,8 e 96 mol L1, com média ponderada pelo volume (MPV) de 28,9 ± 1,3 µmol L-1 (n = 88). Foi observado que a radiação solar foi um parâmetro mais importante na formação de H2O2 do que no seu consumo. Enquanto as concentrações MPV de sulfato (pH < 5) e nitrato na água de chuva decresceram em torno de 35% em 2017 com relação a 2014, as concentrações de H2O2 praticamente dobraram no mesmo período. A correlação negativa entre essas espécies evidencia que as políticas nacionais destinadas a reduzir as emissões veiculares podem alterar a capacidade oxidativa da atmosfera. As concentrações de H2O2, etanol e acetaldeído na fase gasosa em Ribeirão Preto (RP) e São Paulo (SP) foram determinadas, utilizando de forma pioneira no Brasil, o método de coleta do condensado. As concentrações de etanol na atmosfera de RP (15,0 ± 6,6 ppbv, n = 19) e SP (22,0 ± 9,4 ppbv, n = 10) foram relativamente próximas, apesar da frota veicular de SP ser ~ 16 vezes maior. Essas concentrações de etanol são cerca de 21 vezes maiores que aquelas relatadas nos Estados Unidos devido ao elevado uso de etanol combustível no Brasil. As médias das concentrações de H2O2 e acetaldeído na atmosfera foram, respectivamente, de 2,10 ± 1,46 e 16,3 ± 6,0 ppbv em RP; e 1,29 ± 0,62 e 14,4 ± 5,4 ppbv em SP. A avalição diurna mostrou que enquanto a concentração de H2O2 aumentou com a radiação solar, a concentração de etanol diminuiu numa taxa próxima da produção de acetaldeído. Esses resultados indicam que o H2O2 pode ser um oxidante importante de etanol a acetaldeído em fase gasosa, sendo este último de elevada toxicidade para o ser humano. Os fluxos na interface ar-água nos locais estudados em RP e SP mostram que o corpo dágua funcionou como um sumidouro de H2O2. Já o fluxo de etanol foi variável, isto é, ora invasivo e ora evasivo, com evidências de uma importante produção fotoquímica dessa espécie no meio aquático.
Título em inglês
Aspects of hydrogen peroxide role as an oxidant in the atmosphere in the context of current public policies to vehicular emissions
Palavras-chave em inglês
Acetaldehyde; Air-water interface; Biofuel; Ethanol; Rainwater; Surface waters
Resumo em inglês
The main objective of this work was to provide insights to better understand how the public policies focused on vehicular emissions, including the use of ethanol fuel, can affect the chemical composition of the atmosphere. Hydrogen peroxide (H2O2) is one of the most important oxidants in the troposphere and it can participate in reactions with a variety of organic and inorganic compounds. In this work, determination of H2O2, ethanol, acetaldehyde and other organic and inorganic species was carried out in the gas phase, rainwater and surface water. The fluorimetric method based on the formation of the 2, 7-dichlorofluorescein fluorophore was applied for the first time to determine H2O2 in natural water samples (LOD = 2 nmol L-1 and LOQ = 7 nmol L-1). While other methods require the immediate analysis of the sample, in this case, the fluorophore remains stable for about 48 h, facilitating the analyzes and fieldwork. H2O2 concentrations in rainwater of Ribeirão Preto collected between 2014 and 2017 ranged from 5.8 to 96 mol L-1, with a volume-weighted mean (VWM) of 28.9 ± 1.3 mol L-1 (n = 88). The solar radiation was observed to be a more important parameter in the formation of H2O2 than in its consumption. While the VWM concentrations of sulfate (pH <5) and nitrate in rainwater declined by approximately 35% in 2017 compared to 2014, H2O2 concentrations virtually doubled over the same period. The negative correlation between these species shows that national policies aimed at reducing vehicle emissions may modify the oxidizing capacity of the atmosphere. Gas phase H2O2, ethanol and acetaldehyde concentrations in Ribeirão Preto (RP) and São Paulo (SP) were determined using, for the first time in Brazil, the method of condensate collection. Ethanol concentrations in the atmosphere of RP (15.0 ± 6.6 ppbv, n = 19) and SP (22.0 ± 9.4 ppbv, n = 10) were relatively close, although the SP vehicle fleet is ~ 16 times higher. These ethanol concentrations are about 21 times higher than those reported in the United States due to the high use of ethanol fuel in Brazil. The mean concentrations of H2O2 and acetaldehyde in the atmosphere were, respectively, 2.10 ± 1.46 and 16.3 ± 6.0 ppbv in RP; and 1.29 ± 0.62 and 14.4 ± 5.4 ppbv in SP. Daytime variation showed that while H2O2 concentration increased with solar radiation, ethanol concentration decreased at a rate close to the one of acetaldehyde production. These results indicate that H2O2 may be an important oxidant of ethanol to acetaldehyde in the gas phase, the latter being highly toxic to humans. Fluxes in the air-water interface at the studied sites in RP and SP show that the water body worked as an H2O2 sink. On the other hand, ethanol fluxes were variable, i.e., sometimes invasive and sometimes evasive, with evidence of an important photochemical production of this species in the aquatic environment.
 
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Data de Publicação
2018-07-24
 
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