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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2023.tde-11122023-145946
Document
Author
Full name
Cleyryson de Sousa Lima
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Azevedo, Eduardo Bessa (President)
Daniel, Luiz Antonio
Nascimento, Ulisses Magalhães
Title in Portuguese
Acoplamento ferro zero e radical sulfato (ZVI + SO4•-) para a remoção de contaminantes emergentes
Keywords in Portuguese
17α-etinilestradiol
bisfenol A
cafeína
persulfato
planejamento de experimento
Abstract in Portuguese
A água é um recurso abundante e mal distribuído no planeta, de forma que sua gestão é uma preocupação mundial, presente em normativas nacionais e internacionais. Apesar de as estações de tratamento de água e esgoto serem eficientes para as finalidades de projeto, não o são para eliminar espécies que ocorrem no ambiente na faixa de ng L-1 a µg L-1. Tais espécies, os chamados Contaminantes de Preocupação Emergentes (CPEs), normalmente não são legislados; tampouco têm seus efeitos sobre a biogeoquímica local claramente compreendidos. Para eliminá-los, tecnologias como os Processos Oxidativos Avançados (POAs) são amplamente estudadas. O objetivo desse trabalho foi maximizar a degradação de três CPEs: cafeína (CAF), bisfenol A (BPA) e 17α-etinilestradiol (EE2), em concentrações próximas às encontradas em estações de tratamento de esgoto (100 µg L-1), utilizando-se o processo ferro zero (PFZ) acoplado ao radical sulfato (SO4•-), gerado a partir do persulfato. Foi desenvolvido um método cromatográfico multirresíduos em HPLC-UV (isocrático, fase reversa), no qual as separações se deram em 12,5 min, com fase móvel hidrometanólica. O preparo de amostras se deu por extração em fase sólida (SPE), usando-se cartuchos Strata-X da Phenomenex, com recuperações acima de 80% e boa linearidade (R2 > 0,98). O PFZ foi estudado via planejamento fatorial 22. As degradações variaram entre 9,9 e 35,5%, sendo que nem o pH (4 e 6), nem a vazão (15 e 35 mL min-1) foram estatisticamente significativos (95% de confiança). As concentrações de Fe2+ variaram entre 2 e 12 mg L-1, dentro do limite legal estabelecido para o descarte de efluentes no Brasil (15 mg L-1). No acoplamento PFZ/persulfato, estudado por um novo planejamento fatorial 22, o pH (4 e 6) e interação do pH com a concentração de persulfato de sódio (0,50 e 1,0 mmol L-1) foram estatisticamente significativos (95% de confiança), com degradações de até 64%. Adicionalmente, foi realizado um planejamento fatorial 22 avaliando-se o uso de ácido cítrico (0,009 e 0,036 mmol L-1) e luz UV-A (4 e 6 lâmpadas de 4 W cada). Apenas o no de lâmpadas foi estatisticamente significativo, com degradações de até 74%. As melhores condições de degradação foram determinadas como sendo: vazão = 15 mL min-1, pH = 6 [Na2S2O8] = 1,0 mmol L-1, [ácido cítrico] = 0,009 mmo L-1 e irradiação com 4 lâmpadas UV-A.
Title in English
Coupling Zero valent Iron and sulfate radical (ZVI + SO4•-) for the removal of emerging contaminants
Keywords in English
17α-ethinylestradiol
caffeine; bisphenol A
experimental design
persulfate ion
Abstract in English
Water is an abundant and poorly distributed resource on the planet, being its management a global concern, present in national and international regulations. Although water and wastewater treatment stations are efficient for their projected purposes, they are not for eliminating species that occur in the environment at the ng L-1 to µg L1 range. Such species, the so-called Contaminants of Emerging Concern (CECs), usually are not legislated; neither their effects on the local biogeochemistry are clearly understood. To eliminate them, technologies such as the Advanced Oxidative Processes (AOPs) are widely studied. The aim of this study was to maximize the degradation of three CECs: caffeine (CAF), bisphenol A (BPA), and 17α-ethinyl estradiol (EE2), in concentrations close to the ones found in wastewater treatment plants (100 µg L-1), using the zero-valent iron (ZVI) process coupled to the sulfate radical (SO4•-), generated by persulfate. A multiresidue chromatographic method in HPLC-UV was developed (isocratic, reversed phase), in which separations took 12.5 min with hydromethanolic mobile phase. Samples preparation was accomplished by solid phase extraction (SPE), using Strata-X cartridges from Phenomenex, with recoveries greater than 80% and good linearity (R2 > 0.98). The ZVI process was studied via a 22 factorial design. Degradations ranged from 9.9 to 35.5%, and neither pH (4 and 6) nor flow rates (15 and 35 mL min-1) were statistically significant (95% confidence level). Fe2+ concentrations varied from 2 to 12 mg L-1, within the established legal limit for effluent discharge in Brazil (15 mg L-1). In the ZVI/persulfate coupling, which was studied via another 22 factorial design, pH (4 and 6) and the interaction between pH and sodium persulfate concentration (0.50 and 1.0 mmol L-1) were statistically significant (95% confidence level), reaching degradations up to 64%. Additionally, a 22 factorial design was performed assessing the use of citric acid (0.009 and 0.036 mmol L-1) and UV-A light (4 and 6 lamps,4 W each). Only the number of lamps was statistically significant, with degradations up to 74%. The best degradation conditions were: flow rate = 15 mL min-1, pH = 6, [Na2S2O8] = 1.0 mmol L-1, [citric acid] = 0.009 mmo L-1, and irradiation with 4 UV-A lamps.
 
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Publishing Date
2023-12-15
 
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