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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.75.2013.tde-27112013-142729
Documento
Autor
Nombre completo
Leydy Katherine Ardila Pinto
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2013
Director
Tribunal
Azevedo, Eduardo Bessa (Presidente)
Campos, Maria Lucia Arruda de Moura
Motheo, Artur de Jesus
Título en portugués
Estudo da degradação do diclofenaco em meio aquoso: fotólise vs. fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)
Palabras clave en portugués
diclofenaco
fotocatálise
fotólise
Resumen en portugués
Os produtos farmacêuticos têm sido considerados como um problema ambiental devido à sua entrada contínua e persistência no ecossistema aquático, mesmo em baixas concentrações (µg L-1 e ng L-1). Muitos fármacos têm sido frequentemente determinados em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs), águas superficiais, subterrâneas e de abastecimento, devido à baixa eficiência dos sistemas convencionais de tratamento na eliminação destes compostos. O diclofenaco (DCF), é um Anti-Inflamatório Não Esteróide (AINE) comumente utilizado como analgésico, antiartrítico e antirreumático. Possui uma baixa biodegradabilidade e tem a capacidade de bioacumulação nos tecidos de seres vivos, podendo apresentar efeitos ecotóxicos. Como o DCF pode não ser eficientemente removido pelos tratamentos convencionais de água e esgoto, novos processos têm sido pesquisados para a sua remoção, entre eles os processos oxidativos avançados (POAs). O objetivo deste trabalho foi tratar o DCF sódico aquoso por fotocatálise heterogênea (TiO2/UV). Para isso foi realizado um planejamento fatorial 25 com a finalidade de se determinar os efeitos dos parâmetros reacionais -- dosagem e tipo de fotocatalisador, concentração inicial do fármaco, tipo de aceptor de elétrons e pH -- sobre o desempenho do tratamento. A variável-resposta observada foi a redução da área sob o espectro de absorção no UV. A condição ótima de tratamento foi: pH = 5; dosagem de TiO2 = 0,5 g L-1; concentração inicial de DCF = 20 mg L-1; aceptor de elétrons = oxigênio; e tipo de catalisador = P25 (Evonik). No estudo da cinética, a degradação do fármaco foi acompanhada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Para a amostra tratada por fotocatálise heterogênea, a concentração de DCF foi reduzida a aproximadamente 40 µg L-1 em 30 min de irradiação e a degradação seguiu o modelo cinético de Langmuir-Hinshelwood (R2 = 0,95) com constante de velocidade k = (2,3 ± 0,070) × 103 µg L-1 min-1 e uma constante de adsorção K = (2,1 ± 0,17) × 10-4 L µg-1. No ensaio de fotólise a concentração foi reduzida a aproximadamente 70 µg L-1 em 12,5 min de tratamento e observou-se uma cinética de ordem zero (R2 = 0,96) com k = (2,7 ± 0,070) × 103 µg L-1 min-1. Foram identificados alguns intermediários de oxidação por cromatografia líquida acoplada a espectroscopia de massas (LC/MS-MS) e foram realizados ensaios ecotoxicológicos (Daphnia similis e Lactuca sativa) das amostras tratadas. Nenhum dos tratamentos (fotocatálise e fotólise) estudados gerou ecotoxidade nos organismos-teste. Indica-se a fotólise, nas condições deste trabalho, como mais eficiente para a degradação do diclofenaco.
Título en inglés
Study on the degradation of aqueous diclofenac: photolysis vs. heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV)
Palabras clave en inglés
diclofenac
photocatalysis
photolysis
Resumen en inglés
Pharmaceuticals are considered an environmental problem due to their continuous input and persistence in aquatic ecosystems, even at low concentrations (µg L-1 e ng L-1). Many drugs are often detected in Sewage Treatment Plants (STPs), surface water, groundwater and drinking water due to the low efficiency of conventional treatment systems in removing those compounds. Diclofenac (DCF) is a nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) commonly used as an analgesic, antiarthritic and antirheumatic. It has low biodegradability and can bioaccumulate in the tissues of organisms, and may have ecotoxicological effects. Since DCF cannot be efficiently removed by conventional water and sewage treatments, new processes have been studied for its removal, including the advanced oxidation processes (AOPs). The aim of this study was to treat aqueous diclofenac by heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV). For this purpose, a factorial design 25 was performed in order to determine the effects of the reaction parameters -- dosage and type of photocatalyst, initial concentration of the drug, type of electron acceptor and pH -- on the treatment performance. The response variable observed was the reduction in the area under the UV absorption spectrum. The optimal treatment condition was: pH = 5; TiO2 dosage = 0,5 g L-1; DCF initial concentration = 20 mg L-1; electron acceptor = oxygen; and type of catalyst = P25 (Evonik). In the kinetic study, the drug degradation was determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). For the sample treated by heterogeneous photocatalysis, DCF initial concentration was reduced to approximately 40 µg L-1 in 30 min of irradiation, and the degradation followed the Langmuir-Hinshelwood kinetic model (R2 = 0,95) with rate constant k = (2,3 ± 0,070) × 103 µg L-1 min-1 and adsorption constant K = (2,1 ± 0,17) × 10-4 L µg -1. During photolysis, DCF initial concentration was reduced to approximately 70 µg L-1 in 12,5 min of treatment and followed a zero-order kinetics (R2 = 0,96) with k = (2,7 ± 0,070) × 103 µg L-1 min-1. Some oxidation intermediates were identified by liquid chromatography coupled to mass spectroscopy (LC/MS-MS) and ecotoxicological tests performed (Daphnia similis and Lactuca sativa) for the treated samples. None of the studied treatments (photocatalysis and photolysis) produced ecotoxicity to the test-organisms. Photolysis is preferable, within the present studied conditions, to degrade aqueous diclofenac.
 
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Fecha de Publicación
2013-11-29
 
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