Reductive degradation of the pesticide atrazine using zerovalent copper, and its potential application as a pre-step to an advanced oxidation process mediated by sulfate radicals
| Autor: | Hollanda, Luana Rabelo |
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| Přispěvatelé: | Mota, André Luis Novais, Lima, Andressa Bastos da Mota, Graça, Cátia Alexandra Leça, Chiavone Filho, Osvaldo |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2018 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) instacron:UFRN |
| Popis: | A contaminação de corpos d’água por pesticidas persistentes aos tratamentos de água convencionais consiste num grave problema ambiental, sendo, dessa forma, imprescindível o desenvolvimento de tecnologias capazes de degradar estes contaminantes. Dentre estes pesticidas encontra-se a atrazina (ATZ), que apresenta especial relevância ambiental pela sua ação como desregulador endócrino, tendo sido incluída na lista de poluentes prioritários da União Europeia. Processos oxidativos avançados (POA) têm sido apontados por diversos estudos como técnicas promissoras para a degradação deste tipo de poluente. No entanto, a ATZ, por ser um organoclorado, e, por isso, conter grupos deficientes em elétrons, é mais facilmente reduzida do que oxidada, sendo preferível optar por uma pré-etapa redutiva à oxidativa. Desta forma, neste trabalho investigou-se a potencialidade de utilização do cobre de valência zero como agente redutor na pré-etapa de redução da ATZ e, por conseguinte, o acoplamento desta a um POA mediado por radicais sulfato (SO4 ●- ). Para avaliar o efeito de diferentes variáveis operacionais na etapa redutiva, realizou-se um planejamento experimental de Doehlert. Em seguida, sob a solução proveniente do experimento que apresentou maior degradação, aplicou-se a etapa oxidativa, avaliando o efeito de diferentes concentrações do oxidante persulfato de sódio (PS) (1, 5 e 10 mmol L-1 ), ativado por radiação UVA ou UVC, na mineralização da solução pré-tratada. Na etapa oxidativa, as amostras foram coletadas após 30, 60 e 120 minutos de reação. Também foram feitos ensaios aplicando-se apenas a etapa oxidativa, sem o pré-tratamento com cobre. Testes de toxicidade com a microalga Chlorella vulgaris e com a bactéria Vibrio fischeri foram realizados com as amostras obtidas ao final de cada etapa de tratamento. O planejamento experimental mostrou que as condições ótimas para a etapa redutiva são as que combinam baixo pH e alta concentração de cobre (> 0,2 % m/V). A etapa oxidativa foi então aplicada na solução reduzida e verificou-se uma mineralização de cerca de 70% após 2 horas de reação quando se utilizou 5 mmol L-1 de persulfato sob radiação UVC, enquanto apenas 40% da amostra foi mineralizada realizando-se apenas a etapa oxidativa. Com relação aos testes de toxicidade com a C. vulgaris, a solução após a redução se revelou 30% menos tóxica quando comparada à solução inicial de ATZ. No que diz respeito a V. fischeri, verificou-se que a solução inicial de ATZ não provocou efeitos inibitórios, mas um expressivo aumento na toxicidade foi observado após a etapa redutiva. Para ambos os organismos, constatou-se que, dentre os três tempos de reação testados, a toxicidade atingiu um valor mínimo após irradiar a solução pré-tratada com cobre por uma hora sob UVC na presença de 5 mmol L-1 de PS. Além disso, a amostra oxidada submetida ao pré-tratamento com cobre apresentou uma menor toxicidade quando comparada ao experimento realizado sem a reação prévia, ambas após 1 hora de reação. No entanto, para tempos superiores a toxicidade voltou a aumentar, apesar do aumento na mineralização para maiores tempos de reação. Dessa forma, foi possível constatar que a mineralização de um composto não necessariamente leva à diminuição da toxicidade e, por isso, são necessários estudos complementares para entender a correlação entre estas duas variáveis. The contamination of waterbodies by pesticides that are resistant to conventional water treatment processes consists a serious environmental problem, making urgent the development of alternative technologies capable of degrading them. Among these pesticides is Atrazine (ATZ), which is of special concern due to its endocrine disrupting character, being classified as a priority substance to be monitored for water quality purposes in the European Union. Advanced oxidation processes (AOP) have been pointed as a promising technology against this kind of pollutant. However, as an organochloride, ATZ contains electron-deficient groups, making it more easy to reduce than to oxidize. Therefore, a pre-reducing step is preferred to an oxidative one for the removal of these class of contaminants. Given that, in this study was investigated the application of zero-valent copper as a reducing agent for the degradation of ATZ. Then, this was combined with a sulfate radical (SO4 ●- )-driven AOP. To study the influence of different operational conditions in the pre-reducing step, a Doehlert experimental design was followed. Then, the mineralization of the solution that presented the highest ATZ degradation was studied by varying the oxidant concentration – sodium persulfate (1, 5 and 10 mmol L-1 ) – and the UV source of radiation (UVC and UVA). During the oxidative stage, samples were collected after 30, 60 and 120 minutes of reaction. Experiments were also performed by applying only the oxidative stage, without the pretreatment. Toxicity assays with the microalgae Chlorella vulgaris and the bacteria Vibrio fischeri were performed with the samples obtained after each step. For the pre-reductive stage, the Doehlert design showed that the best conditions are those that combine low pH and high copper concentration (>0.2% m/v). The oxidative step was then applied on the most degraded solution and about 70% of mineralization was achieved after 2 hours of reaction when 5 mmol L-1 of persulfate and UVC radiation were used, while only 40% of mineralization was observed when only the oxidative stage was performed. Regarding toxicity assays with C. vulgaris, the reduced solution was 30% less toxic than the parentATZ initial solution. For the test with V. fischeri, it was found that ATZ initial solution did not cause inhibitory effects, but a significant increase in toxicity was observed after the reductive step. For both organisms, it was verified that, among the three reaction times tested, the toxicity reached a minimum value after one hour of reaction of the pre-reduced solution with persulfate. In addition, the oxidized sample submitted to the pretreatment presented a lower toxicity when compared to the test performed without the previous stage, both after one hour of reaction. However, for longer reaction times the toxicity has increased again, even though higher mineralization values were achieved. In this way, results indicate that a higher mineralization does not necessarily mean low toxicity and, therefore, additional studies are required to understand the relation between these effects. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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