CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A maioria dos micro-organismos encontra-se integrados em comunidades denominadas âbiofilmeâ. Dentre estes se destaca a Pseudomonas aeruginosa, um patÃgeno oportunista de vegetais, animais e humanos, frequentemente associado à infecÃÃes nosocomiais difÃceis de serem erradicadas devido à presenÃa de biofilme. Os antibiÃticos fluoroquinolonas, tais como a ciprofloxacina (CIP), sÃo utilizados contra esta bactÃria, entretanto, mecanismos de resistÃncia vem sendo desenvolvidos por este micro-organismo. Assim, novas formas de controle microbiano tÃm sido alvo de inÃmeras pesquisas a fim de substituir ou potencializar os mÃtodos convencionais. Para esse fim, peptÃdeos antimicrobianos (AMPs) obtidos de diversos seres vivos representam uma alternativa para o desenvolvimento de novas drogas. Formas sintÃticas anÃlogas ao AMP Hilina a1 (Hy-a1), isolado da espÃcie Hypsiboas albopunctatus, tem demonstrado excelente eficÃcia antimicrobiana, dentre os quais se destacam o peptÃdeo Lys-[Trp6]hy-a1 (Lys-a1). Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi verificar a influÃncia do peptÃdeo Lys-a1 na atividade antimicrobiana de CIP contra o micro-organismo patogÃnico Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027. A concentraÃÃo inibitÃria mÃnima (CIM), a concentraÃÃo bactericida mÃnima (CBM) e a curva de morte foram determinadas para a CIP e a Lys-a1, separadamente. A influÃncia da Lys-a1 na atividade antimicrobiana da CIP foi verificada pela metodologia checkerboard com quantificaÃÃo da biomassa e do nÃmero de cÃlulas viÃveis do biofilme atravÃs da coloraÃÃo pelo cristal violeta e contagem de unidades formadoras de colÃnia (UFC), respectivamente. Os valores de CIM e CBM da Lys-a1 foi de 125 μg.mL-1, e para a CIP foi de 0,24 e 0,48 μg.mL-1, respectivamente. Os dados mostraram que tanto a CIP quanto a Lys-a1 sÃo potentes antimicrobianos contra P. aeruginosa, sendo capazes de inibir tanto o crescimento planctÃnico como o desenvolvimento do biofilme. A interaÃÃo das substÃncias foi interpretada pelo Ãndice de concentraÃÃo inibitÃria fracional (ICIF) e mostrou um efeito aditivo, estabelecendo uma diminuiÃÃo de 16 vezes da CIM e da CBM da CIP, quando combinada com a Lys-a1. Esta influÃncia foi observada tambÃm na cinÃtica de morte e na atividade antibiofilme. Em conclusÃo, o efeito aditivo entre a Lys-a1 e a CIP na atividade antimicrobiana sugere que o peptÃdeo tem potencial como um agente terapÃutico e adjuvante para o tratamento de doenÃas infecciosas causadas por P. aeruginosa, podendo habilitar o uso de concentraÃÃes menores do antibiÃtico. / Most microorganism lies embedded in communities called "biofilms". Among these stand out Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic pathogen of plants, animals and humans, frequently associated with nosocomial infections difficult to be eradicated due to the presence of biofilm. The fluoroquinolone antibiotics such as ciprofloxacin (CIP) against this bacterium are used, however, the mechanism of resistance has been developed for this microorganism. Thus, new forms of microbial control have been the subject of numerous studies in order to replace or enhance conventional methods. For this purpose, antimicrobial peptides (AMPs) obtained from various living beings represent an alternative to the development of new drugs. Synthetic forms analogous to Hylin a1 AMP (Hy-a1), isolated from species Hypsiboas albopunctatus, has shown excellent antimicrobial efficacy, among which stand out the peptide Lys-[Trp6]hy-a1 (Lys-a1). Thus, the aim of this work was to verify the influence of the peptide Lys-a1 in antimicrobial activity of CIP against pathogenic microorganism Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027. Minimum inhibitory concentration (MIC), minimum bactericidal concentration (MBC) and the curve death were determined to CIP and Lys-a1 separately. The influence of Lys-a1 in the antimicrobial activity of the CIP has been verified by the checkerboard method to quantify the biomass and the number of viable cells in biofilms by crystal violet staining and counting of colony forming units (CFU), respectively. The MIC and MBC values of Lys-a1 was 125 μg.mL-1 and the CIP was 0.24 and 0.48 μg.mL-1, respectively. The data showed that both the CIP as Lys-a1 are potent antibiotics against P. aeruginosa is able to inhibit both the planktonic growth and biofilm development. The interaction of substances interpreted by the fractional inhibitory concentration index (FICI) and showed an additive effect, establishing a decrease of 16 times the MIC and MBC of the CIP, when combined with the Lys-a1. This effect was also observed in the kinetics of death and antibiofilm activity. In conclusion, the additive effect of the Lys-a1 and CIP in antimicrobial activity suggests that the peptide has potential as a therapeutic agent and an adjuvant for the treatment of infectious diseases caused by P. aeruginosa can enable the use of lower concentrations of the antibiotic.

A Ciprofloxacina é um antibiótico muito relevante, porém com efeitos colaterais indesejáveis, como convulsões, rompimento de tendão entre outros. Com o intuito de reduzir estes efeitos colaterais e para a liberação do fármaco em locais específicos, o uso de materiais lamelares, como cápsulas de armazenamento e transportador com alvo específico para biomoléculas ou células, tem sido sugerido pela literatura. A combinação de estudos teóricos e experimentais pode fornecer uma melhor compreensão da estrutura de agregados lamelares com o antibiótico Ciprofloxacina. Neste trabalho estudamos os diferentes estados iônicos da Ciprofloxacina (Cipro), obtendo os espectros de vibração (Infravermelho, Raman), Ressonância magnética nuclear de carbono e ótico (Ultravioleta-Visual). Estes resultados teóricos são comparados a resultados experimentais para investigar e caracterizar o estado molecular após intercalação. Utilizamos cálculos de estrutura eletrônica desenvolvidos no âmbito Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Nossos resultados de análise dos espectros teóricos de Uv-Vis e de deslocamento químico obtido por RMN de Carbono revelaram que os espectros dos quatro estados iônicos da Cipro aqui estudados são muito semelhantes, o que não permite a diferenciação destes estados através destas técnicas. Por outro lado, nossos resultados de análise vibracional demonstraram frequências características de cada um dos estados iônicos. Este fato é importante, uma vez que permite identificar, através do espectro vibracional, cada um dos compostos presentes em uma dada amostra como, por exemplo, um agregado lamelar, utilizado para fins de liberação controlada de fármacos. / Ciprofloxacin is an important antibiotic, but with undesirable side effects. The use of layered materials as drug storage capsules and drug carriers can enable the development of target-specific drugs with high specificity for biomolecules or cells, which allow the release of drugs in chosen locations, thus reducing side effects .The combination of theoretical and experimental studies can provide a better understanding of the structure of lamellar aggregates with Ciprofloxacin antibiotic. In this context, to assist in the complete characterization of Ciprofloxacin, we perform theoretical calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). We study different ionic states, obtaining the vibrational (IR, Raman), C-NMR and optical (UV/Vis) spectra. These theoretical results are compared with experimental results in order to unravel the molecular state upon encapsulation. Our results have shown that the Uv-Vis and NMR chemical shifts are not able to clearly differentiate the ionic states studied here. On the other hand, our calculation for the vibrational spectra reveals characteristic fingerprints of the Ciprofloxacin ionic states. This may permit, the identification of the ionic state of Ciprofloxacin in a certain sample, as layered materials, when used as drug carriers.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Environmental contamination by drugs of antibiotic action can bring as a consequence the development of more resistant bacteria, altering the microbial community structure in nature. Due to its widespread use, ciprofloxacin has been identified in trace concentrations in sewage treatment plants (STPs) and surface waters, since the conventional processes of wastewater treatment does not remove the usual drugs completely, these substances have been detected in drinking water, which represents a direct risk to humans, since the constant contamination of water may be associated with the continuous process and reuse of the water increasing worldwide. In this study, a method of electrochemical oxidation of ciprofloxacin, since the transfer of electrons, drugs can be processed, biodegraded or mineralized. The electrochemical oxidation of the drugs can occur in a satisfactory manner, the surface of some anode metal oxide, capable of generating oxygen and simultaneously with the formation of higher oxides or superoxide. This mechanism is at the surface of ADE ® coated and immobilized metal oxides. To identify and monitor the change in concentration of ciprofloxacin was analyzed their absorption spectra in the ultraviolet and visible (200-800 nm). Ciprofloxacin in aqueous solution shows two absorption peaks in completely different bands and with maximum at 270 nm and 315 nm. The nature of the electrolyte and the pH had great influence on the speed of the degradation process. In the midst of Cl- was a more efficient degradation. In studies with HCl, NaCl and KCl was observed 100% removal of the yellow color characteristic of the presence of Cl-anion and subsequent formation of hypochlorite (ClO-). In turn, the pH was a limiting factor in this process, where it was observed that the reaction proceeds in most satisfactorily at pH values below 4.0. The current that showed the best result was 80 mA. The method of supplying water to said acid chloride in ciprofloxacin can be completely degraded within 5 min. / A contaminação ambiental por fármacos de ação antibiótica pode trazer como consequência o desenvolvimento de bactérias mais resistentes, alterando a estrutura da comunidade microbiana na natureza. Devido a sua ampla utilização, a ciprofloxacina vem sendo identificada em concentrações-traço em estações de tratamento de esgotos (ETEs) e águas superficiais, uma vez que os processos convencionais de tratamento de efluentes usuais não removem os fármacos completamente, essas substâncias têm sido detectadas em águas potáveis, o que caracteriza um risco direto para os seres humanos, visto que a constante contaminação das fontes de água pode ser associada ao processo contínuo e crescente de reutilização da água em todo o mundo. Neste estudo foi desenvolvido um método de oxidação eletroquímica da ciprofloxacina, uma vez que na transferência de elétrons, os fármacos podem ser transformados, biodegradados ou mineralizados. A oxidação eletroquímica dos fármacos pode ocorrer de forma satisfatória, na superfície de alguns ânodos de óxidos metálicos, em condições de geração simultânea de oxigênio e com a formação de óxidos superiores ou superóxidos. Este mecanismo é observado na superfície dos ADE® revestidos e imobilizados por óxidos metálicos. Para identificar e acompanhar a mudança de concentração da ciprofloxacina foi analisado o seu espectro de absorção na região do ultravioleta e visível (200-800 nm). A ciprofloxacina em solução aquosa apresenta dois picos de absorção em bandas completamente distintas e com máximos em 270 nm e 315 nm. A natureza do eletrólito e o pH apresentou grande influência na velocidade do processo de degradação. Em meio a Cl- ocorreu uma maior eficiência na degradação. Nos estudos com HCl, NaCl e KCl foi observado 100% de remoção da cor amarelada, característica da presença do ânion Cl- e da posterior formação de hipoclorito (ClO-). Por sua vez, o pH foi um dos fatores limitantes deste processo, onde foi possível observar que a reação acontece de maneira mais satisfatória em valores de pH abaixo de 4,0. A corrente que apresentou o melhor resultado foi de 80mA. A aplicação do método em água de abastecimento indicou que em meio ácido contendo cloreto a ciprofloxacina pode ser completamente degradada em apenas 5 min.

The release of various organic and inorganic pollutants into the environment has been considered a major global problem since it has effects on human health and other forms of life. Among the various methods for treating this problem, heterogeneous photocatalysis using semiconductor nanoparticles has been considered one of the most promising. In this work, nanoparticles of cadmium sulfide anchored onto different diatomite species were synthesized using a fast and simple method. Through the UV/visible spectra, variations in the absorption maxima and spectral shifts to hight wavelengthts were observed with the increase of the reaction time, whereas the XRD data showed the formation of the hexagonal phase for the nanoparticles of cadmium sulfide, while the morphological analyzes showed nanoparticles with an approximately spherical shape. Also, the degradation of the methylene blue dye, ciprofloxacin and the reduction of Cr(VI) to Cr(III) ion reduction were studied via photocatalysis. For the dye degradation tests, studies were carried out under UVA and solar irradiation. It was observed that the photocatalysis process was more effective during irradiation with sunlight. For the photocatalytic tests with chromium and ciprofloxacin, it was noticed that the photocatalysis is much more efficient when compared to the adsorption and photolysis processes, showing a reduction rate around 86% for Cr(VI) to Cr(III), after 210 min of solar irradiation, and a pseudo-first order kinetics, whereas the degradation of ciprofloxacin reached approximately 90% after 180 min of exposure with a secondorder kinetic model. / A presença de diversos poluentes orgânicos e inorgânicos que são lançados diretamente no meio ambiente, tem sido considerada um grande problema mundial, uma vez que traz efeitos à saúde dos seres humanos e a outras formas de vida. Dentre os diversos métodos de tratamento empregados, a fotocatálise heterogênea utilizando nanopartículas semicondutoras tem sido considerada uma das mais promissoras. Neste trabalho, nanopartículas de sulfeto de cádmio ancoradas em diferentes espécies de diatomitas foram sintetizadas com diferentes tempos de síntese, por meio de um método rápido e simples. Através dos espectros no UV/visível, notaram-se variações nos máximos de absorção e descolamentos para maiores comprimentos de onda com o aumento do tempo de reação, já os dados de DRX evidenciaram a formação da fase hexagonal para as nanopartículas de sulfeto de cádmio, enquanto que as análises morfológicas apresentaram nanopartículas de forma aproximadamente esféricas. Adicionalmente, estudos de fotocatálise foram realizados na degradação do corante azul de metileno, do antibiótico ciprofloxacina e na redução dos íons Cr(VI) a Cr(III). Para os testes de degradação do corante foram realizados estudos sob irradiação UVA e solar. Foi observado que o processo de fotocatálise foi mais efetivo durante a irradiação com a luz solar. Já para os testes fotocatalíticos com o Cr(VI) e o ciprofloxacina, notou-se que a fotocatálise é muito mais eficaz quando comparada aos processos de adsorção e fotólise, apresentando uma redução do Cr(VI) a Cr(III) em torno de 86%, após 210 min de irradiação solar,e uma cinética de pseudo-primeira ordem, enquanto que a degradação do ciprofloxacina atingiu aproximadamente 90% após 180 min de exposição solar, apresentando um modelo cinético de segunda ordem. / São Cristóvão, SE

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-08-14T17:49:42Z No. of bitstreams: 1 Mateus_Sausen_2017.pdf: 2943768 bytes, checksum: a2c72e2a3998357e8a9b3be38176720d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T17:49:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mateus_Sausen_2017.pdf: 2943768 bytes, checksum: a2c72e2a3998357e8a9b3be38176720d (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The incidence of new diseases demands the fabrication of highly resistant and efficient pharmaceutical compounds for human and animal health. This aspect, along with the inadequate treatment of wastes generated by this activity, damages the environment and may consequently affect the population. In this sense, the objective of this study was to evaluate the removal of ciprofloxacin drug (CIP) of aqueous solutions by using the cationic resin SupergelTM SGC650H packed in a fixed bed column. Therefore, the characterization of the resin was performed by techniques of gas helium pycnometer, nitrogen physisorption, X-ray sedimentometry, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and point of zero charge (pHPZC). Initially, closed system and batch experiments were conducted to evaluate the effect of solution pHinitial. Afterwards, equilibrium experiments were performed. Finally, it was obtained the breakthrough curves in fixed bed in different volumetric flow rates and heights of the bed, defined by a central composite experimental design (CCD) and by using phenomenological mathematical modeling. The characterization demonstrated a low amount of pores on the structure of the resin and the analysis of pHPZC indicated that the point of zero charge of the resin was 2.68. The pH tests showed that the higher CIP removal capacity was achieved at pH values below 6. In the analysis of the equilibrium results, it was verified that the Langmuir model showed the best fit to the experimental data obtained in a closed and batch system, providing the values of 510.64 mg g-1 and 1.93 L mg-1 to qmáx and bL estimated parameters, respectively. In the fixed bed column tests, the maximum efficiency of the column as a function of the studied operational variables was obtained for volumetric flow rate of 3.8 cm3 min-1 and bed height of 15.2 cm (81,5%). In addition, it was observed that the kinetic model that considers the adsorption step on the surface (AS) as rate-limiting step of the process satisfactorily described the results obtained in column. In general, the work was able to identify a high removal capacity the ciprofloxacin drug by using the SGC650H resin. Finally, the study presented satisfactory results in the prediction of column efficiency from the phenomenological mathematical modeling used. With this, a new perspective is observed in the treatment of this drug compound and the possible application of the large-scale method. / A incidência de novas doenças necessita a fabricação de compostos farmacêuticos altamente resistentes e eficazes para a saúde animal e humana. Esse aspecto, aliado ao tratamento inadequado dos resíduos gerados por essa atividade, prejudica o meio ambiente e pode afetar, consequentemente, a população. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção do fármaco ciprofloxacina (CIP) de soluções aquosas utilizando a resina catiônica SupergelTM SGC650H empacotada em coluna de leito fixo. Para tanto, a caracterização da resina foi realizada pelas técnicas de picnometria a gás hélio, fisissorção de nitrogênio, sedimentometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX) e ponto de carga zero (pHPCZ). Inicialmente, foram realizados experimentos em sistema fechado e batelada para avaliar o efeito do pHinicial da solução. Após isso, realizaram-se os experimentos de equilíbrio. Por fim, foram obtidas as curvas de ruptura em leito fixo sob diferentes vazões volumétricas e alturas do leito, definidas a partir de um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional (DCCR) e utilizando modelagem matemática fenomenológica. A caracterização apresentou baixa quantidade de poros na estrutura da resina e a análise do pHPCZ indicou que o ponto de carga zero da resina foi 2,68. Os testes de pH mostraram que a maior capacidade de remoção da CIP foi alcançada para valores de pH abaixo de 6. Na análise dos resultados de equilíbrio, foi possível verificar que o modelo de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais obtidos em sistema fechado e batelada, fornecendo os valores de 510,64 mg g-1 e 1,93 L mg-1 para os parâmetros qmáx e bL, respectivamente. Nos ensaios em coluna de leito fixo, a maximização da eficiência da coluna em função de suas variáveis testadas, foi obtida para vazão volumétrica de 3,8 cm3 min-1 e altura do leito de 15,2 cm (81,5%). Paralelamente, notou-se que o modelo cinético que considera a etapa de adsorção na superfície (AS) como limitante do processo, conseguiu descrever de forma satisfatória os resultados obtidos em coluna. De forma geral, o trabalho conseguiu identificar uma alta capacidade de remoção do fármaco ciprofloxacina com a utilização da resina SGC650H. Além disso, apresentou resultados satisfatórios na previsão da eficiência da coluna a partir da modelagem matemática fenomenológica utilizada. Com isso, observa-se uma nova perspectiva no tratamento deste composto fármaco e a possível aplicação do método em larga escala.

Os tratamentos convencionais de efluentes em geral não são eficientes para a degradação de compostos persistentes como os fármacos. Neste trabalho, estuda-se o tratamento de soluções aquosas contendo o antibiótico ciprofloxacina (CIP) por meio de processo oxidativo avançado baseado em ozônio. Para tanto, foram realizados experimentos em semi-batelada com recirculação de líquido em um reator (coluna de bolhas) com escoamento gás-líquido em contracorrente. Amostras de líquido foram retiradas e analisadas para medida das concentrações de CIP e de carbono orgânico total (COT); a concentração de ozônio no gás foi medida por espectrofotometria UV-vis. Estudaram-se os efeitos das seguintes variáveis quanto à degradação de CIP, por meio de um planejamento Doehlert: concentração de ozônio à entrada do reator (8-25 mgO3 L-1), pH (3,5-10,5) e concentração inicial de CIP (5-26 mg L-1). Avaliaram-se as seguintes variáveis dependentes por meio da análise de superfícies de resposta: variação de concentração de CIP em 2 minutos; taxa inicial de degradação de CIP e variação de concentração de COT em 30 minutos. Os resultados indicaram total degradação de ciprofloxacina em menos de 15 minutos, tanto por via direta, com ataque por ozônio molecular em meio ácido, como por via indireta, com ataque por radicais hidroxila em meio básico. Os compostos resultantes da degradação da CIP mostraram-se recalcitrantes, obtendo-se maiores remoções de COT após 30 minutos apenas em meio básico ou neutro (máximo de 72,8% para pH=7, [O3]=24,9 mgO3 L-1 e [CIP]0=15,8 mg L-1). Apesar da persistência dos compostos orgânicos remanescentes, os ensaios respirométricos sugeriram que os produtos de degradação são menos tóxicos que o composto de partida, com menor inibição da atividade microbiana. No conjunto, os resultados do trabalho indicam que o processo de ozonização pode ser aplicado para pré-tratamento de efluentes aquosos contendo ciprofloxacina em baixas concentrações, podendo ser associado a processos de tratamento biológico em ETEs antes do descarte. / Conventional wastewater treatment processes are not generally efficient for the degradation of persistent substances like pharmaceutical compounds. In this work, the treatment of aqueous solutions containing the antibiotic ciprofloxacin (CIP) by means of the ozone-based advanced oxidation process is studied. With this aim, experiments were carried out in semi-batch mode with liquid circulation in a bubble column reactor with gas-liquid counter flow. Liquid samples were analyzed for CIP and total organic carbon (TOC) concentrations; ozone concentration in the gas was measured by UVvisible spectrophotometry. The effects of the following variables on CIP degradation were studied according to a Doehlert experimental design: inlet ozone concentration (8 to 25 mgO3 L-1), pH (3.5 to 10.5), initial CIP concentration (5 to 26 mg L-1). The following dependent variables were investigated by response surface analysis: variation in CIP concentration after 2 minutes; CIP initial degradation rate and variation in TOC concentration after 30 minutes. The results showed total degradation of ciprofloxacin in less than 15 minutes either by direct reaction with molecular ozone in acidic medium, or by indirect attack of hydroxyl radicals in alkaline medium. Compounds resulting from CIP degradation showed to be recalcitrant, yielding larger TOC removals after 30 minutes only in alkaline or neutral medium (maximum of 72.8% for pH=7, [O3]=24.9 mgO3 L-1, and [CIP]0=15.8 mg L-1). Despite the persistence of remaining organic compounds, respirometric assays suggested that degradation products are less toxic than the parent compound, exhibiting lower inhibition of microbial activity. Overall, the results indicate that the ozonation process can be used in the pre-treatment of aqueous effluents containing ciprofloxacin in low concentrations, and could be associated with biological treatment processes in wastewater treatment plants prior to final disposal.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work the degradation of the antibiotic ciprofloxacin CIP (33.1 mg L-1) by photo- Fenton process using artificial radiation was evaluated. First, the effect of different concentrations of Fe 3+ (1.4, 5.6, 11.2 and 16.8 mg L -1) on the kinetics of CIP and dissolved organic carbon DOC (mineralization), as well as the consumption of H2O2 using 510 mg L-1 of H2O2and pH 2.5-2.8 was studied. The CIP concentration was below of the quantitation limit of the equipment - LQ (<0.163 mg L-1) in just 2 minutes, for all concentration of Fe3+ evaluated, it was not possible to verify the effect of this operating parameter for the removal of CIP. Regarding the results of mineralization and consumption of H2O2, the best fit mathematical observed for all the experimental data obtained at different concentrations of Fe3+ evaluated, was first order. Furthermore, it was observed that the concentration of Fe3+ resulted in a proportional increase in the rate of mineralization and consumption of H2O2, being the concentration of 11.2 mg L-1 of Fe3+ chosen for the subsequent experiments. Next, the effect of different concentrations of H2O2 (85, 170, 340, 510 and 680 mg L-1) on kinetics of CIP mineralization and consumption of H2O2 using the best concentration of Fe3+ (11.2 mg L-1), and at pH 2.5-2.8 was evaluated. Similar behavior observed for the different concentrations of Fe3+ was obtained, the best mathematical fit for CIP mineralization and H2O2 consumption was of first order. The rate of CIP mineralization also increased proportionally with H2O2 concentration, but up to a certain amount of H2O2 (340 mg L-1). Above of this concentration, there was a decrease in the rate of mineralization due to the occurrence of inefficient reactions. These results demonstrate the importance of evaluating the operational parameters, such as the concentrations of Fenton´s reagents, in order to optimize the efficiency of the photodegradation process, as well as reduce the costs of processes with chemical reagents. Thus, the best concentrations obtained experimentally in deionized water (DW) in relation to the operational parameters evaluated considering the CIP mineralization using artificial radiation were: [Fe3+] = 11.2 mg L-1 and [H2O2] = 340 mg L-1. Under these experimental conditions, the influence of different aqueous matrices (simulated seawater - SW and treated effluent from sewage treatment plant - STP) in the CIP degradation was evaluated, and the results were compared to those obtained in DW. Complete removal of CIP (considering the LQ equipment) was influenced by the composition of the matrices, since in DW occurred after 2 minutes of the photo-Fenton process, while 10 minutes were required in SW and STP effluent. This is probably due to the presence of inorganic anions (chloride and sulphate) in SW, which form stable complexes with iron, and also act as scavengers of hydroxyl radicals, as well as by the presence of natural organic matter present in the effluent of STP, which also competes with the target-compound by hydroxyl radicals, influencing the degradation process. Based on the results obtained in this work, it was observed that the photo-Fenton process can be an alternative of treatment to waters containing CIP, since there was complete removal of CIP (considering the LQ equipment) after only 2 minutes, followed by 75% of DOC removal and reduction of acute toxicity to A. saline from 76.7% ± 4.7% to 20.0% ± 10.0% after 60 minutes. Since several ecotoxicological effects are associated with waste pharmaceuticals, in specific antibiotics, in aquatic environments and conventional processes fail to remove them efficiently, the application of this process appears quite feasible. / Neste trabalho foi avaliada a degradação do antibiótico ciprofloxacino CIP (33,1mg L-1)pelo processo foto-Fenton utilizando radiação artificial. Primeiramente avaliou-se diferentes concentrações de Fe3+ (1,4, 5,6, 11,2 e 16,8 mg L-1) na cinética de remoção de CIP e carbono orgânico dissolvido - COD (mineralização), bem como no consumo de H2O2 utilizando-se 510 mg L-1 de H2O2 e pH 2,5-2,8. A concentração de CIP ficou abaixo do limite de quantificação do equipamento - LQ (< 0,163 mg L-1) em apenas 2 minutos, para todas as concentrações de Fe3+ avaliadas, não sendo possível verificar o efeito deste parâmetro operacional para a remoção de CIP. Em relação aos resultados de mineralização e consumo de H2O2, o melhor ajuste matemático observado para todos os dados experimentais obtidos nos diferentes níveis de concentração de Fe3+ avaliados foi de primeira ordem. Além disso, foi observado que o aumento da concentração de Fe3+ resultou num aumento proporcional na velocidade de mineralização e de consumo de H2O2, sendo a concentração de 11,2 mg L-1 de Fe3+ escolhida para os experimentos posteriores. A seguir, foi avaliado o efeito de diferentes concentrações de H2O2 (85, 170, 340, 510 e 680 mg L-1) na cinética de mineralização de CIP e consumo de H2O2 utilizando a melhor concentração de Fe3+ (11,2 mg L-1), e, em pH 2,5-2,8. Comportamento semelhante ao observado para as diferentes concentrações de Fe3+ foi obtido, melhor ajuste matemático para a mineralização de CIP e consumo de H2O2 sendo de primeira ordem. A velocidade de mineralização de CIP também aumentou proporcionalmente com a concentração de H2O2, contudo até um determinado valor de H2O2 (340 mg L-1). Acima desta concentração, houve um decréscimo na velocidade de mineralização devido à ocorrência de reações ineficientes. Estes resultados, demonstram a importância de avaliar os parâmetros operacionais, tais como as concentrações dos reagentes de Fenton, a fim de otimizar a eficiência do processo de fotodegradação, bem como reduzir os custos dos processos com reagentes químicos. Assim, as melhores concentrações obtidas experimentalmente em água deionizada (AD) em relação aos parâmetros operacionais avaliados considerando a mineralização de CIP utilizando radiação artificial foram: [Fe3+] = 11,2 mg L-1 e [H2O2] = 340 mg L-1. Sob tais condições experimentais, a influência de diferentes matrizes aquosas (água de mar simulada AM, e, efluente tratado de estação de tratamento de esgoto - ETE) na degradação de CIP foi avaliada, e os resultados foram comparados aos obtidos em AD. A completa remoção de CIP (considerando o LQ do equipamento) foi influenciada pela composição da matriz, uma vez que em AD ocorreu após 2 minutos do processo foto-Fenton, enquanto que 10 minutos foram necessários para a AM e efluente de ETE. Isto ocorreu provavelmente devido à presença de ânions inorgânicos (cloreto e sulfato) em AM, os quais formam complexos estáveis com ferro, e que também atuam como sequestradores de radicais hidroxilas, assim como pela presença de matéria orgânica natural presente no efluente de ETE, a qual também compete com o composto-alvo pelos radicais hidroxila, influenciando assim o processo de degradação. Baseado nos resultados obtidos neste trabalho pode ser observado que o processo foto-Fenton pode ser uma alternativa de tratamento de águas contendo CIP, pois houve completa remoção de CIP (considerando o LQ do equipamento) após apenas 2 minutos, seguido de 75% de remoção de COD e redução da toxicidade aguda para A. salina de 76,7% ± 4,7% para 20,0% ± 10,0% após 60 minutos. Visto que vários efeitos ecotoxicológicos estão associados aos resíduos de fármacos, em específico antibióticos, presentes nos ambientes aquáticos e que os processos convencionais não conseguem removê-los eficientemente, a aplicação deste processo se mostra bastante viável. / Mestre em Química

Os tratamentos convencionais de efluentes em geral não são eficientes para a degradação de compostos persistentes como os fármacos. Neste trabalho, estuda-se o tratamento de soluções aquosas contendo o antibiótico ciprofloxacina (CIP) por meio de processo oxidativo avançado baseado em ozônio. Para tanto, foram realizados experimentos em semi-batelada com recirculação de líquido em um reator (coluna de bolhas) com escoamento gás-líquido em contracorrente. Amostras de líquido foram retiradas e analisadas para medida das concentrações de CIP e de carbono orgânico total (COT); a concentração de ozônio no gás foi medida por espectrofotometria UV-vis. Estudaram-se os efeitos das seguintes variáveis quanto à degradação de CIP, por meio de um planejamento Doehlert: concentração de ozônio à entrada do reator (8-25 mgO3 L-1), pH (3,5-10,5) e concentração inicial de CIP (5-26 mg L-1). Avaliaram-se as seguintes variáveis dependentes por meio da análise de superfícies de resposta: variação de concentração de CIP em 2 minutos; taxa inicial de degradação de CIP e variação de concentração de COT em 30 minutos. Os resultados indicaram total degradação de ciprofloxacina em menos de 15 minutos, tanto por via direta, com ataque por ozônio molecular em meio ácido, como por via indireta, com ataque por radicais hidroxila em meio básico. Os compostos resultantes da degradação da CIP mostraram-se recalcitrantes, obtendo-se maiores remoções de COT após 30 minutos apenas em meio básico ou neutro (máximo de 72,8% para pH=7, [O3]=24,9 mgO3 L-1 e [CIP]0=15,8 mg L-1). Apesar da persistência dos compostos orgânicos remanescentes, os ensaios respirométricos sugeriram que os produtos de degradação são menos tóxicos que o composto de partida, com menor inibição da atividade microbiana. No conjunto, os resultados do trabalho indicam que o processo de ozonização pode ser aplicado para pré-tratamento de efluentes aquosos contendo ciprofloxacina em baixas concentrações, podendo ser associado a processos de tratamento biológico em ETEs antes do descarte. / Conventional wastewater treatment processes are not generally efficient for the degradation of persistent substances like pharmaceutical compounds. In this work, the treatment of aqueous solutions containing the antibiotic ciprofloxacin (CIP) by means of the ozone-based advanced oxidation process is studied. With this aim, experiments were carried out in semi-batch mode with liquid circulation in a bubble column reactor with gas-liquid counter flow. Liquid samples were analyzed for CIP and total organic carbon (TOC) concentrations; ozone concentration in the gas was measured by UVvisible spectrophotometry. The effects of the following variables on CIP degradation were studied according to a Doehlert experimental design: inlet ozone concentration (8 to 25 mgO3 L-1), pH (3.5 to 10.5), initial CIP concentration (5 to 26 mg L-1). The following dependent variables were investigated by response surface analysis: variation in CIP concentration after 2 minutes; CIP initial degradation rate and variation in TOC concentration after 30 minutes. The results showed total degradation of ciprofloxacin in less than 15 minutes either by direct reaction with molecular ozone in acidic medium, or by indirect attack of hydroxyl radicals in alkaline medium. Compounds resulting from CIP degradation showed to be recalcitrant, yielding larger TOC removals after 30 minutes only in alkaline or neutral medium (maximum of 72.8% for pH=7, [O3]=24.9 mgO3 L-1, and [CIP]0=15.8 mg L-1). Despite the persistence of remaining organic compounds, respirometric assays suggested that degradation products are less toxic than the parent compound, exhibiting lower inhibition of microbial activity. Overall, the results indicate that the ozonation process can be used in the pre-treatment of aqueous effluents containing ciprofloxacin in low concentrations, and could be associated with biological treatment processes in wastewater treatment plants prior to final disposal.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Synthesis of ternary polyurethanes (PUs) from hexamethylenediisocyanate, β- cyclodextrin and β-glycerophosphate (acid and calcium salt) was studied varying synthesis parameters such as monomer proportion, heating method (reflux and microwave), and catalyst amount. Favorable conditions were provided by microwave irradiation and use of β-glycerophosphoric acid although the results suggest that it is possible to obtain ternary PUs with the calcium salt. FTIR data indicated the existence of secondary urea linkages. After characterization of ternary PUs by FTIR spectroscopy, XRD and thermal analysis, as well as evidences that the cyclodextrin cavities remained active toward inclusion of guest molecules, the possibility of inclusion of the antibiotic ciprofloxacin was evaluated. Absence of ciprofloxacin melting peak in DSC curves indicated that it is molecularly dispersed within the polymer, possibly included in the cyclodextrin. In vitro release experiments suggested additional non-inclusion interactions, showing also that the use of dialysis membranes may mask the actual release profile. / Nesta Tese foi estudada a síntese de poliuretanos ternários (PUs) à base de diisocianato de hexametileno, β-ciclodextrina e β -glicerofosfato (na forma de ácido e de sal de cálcio), sendo avaliados diferentes parâmetros de síntese, tais como proporção monômero, método de aquecimento (refluxo e microondas), bem como a quantidade de catalisador. As condições mais favoráveis foram fornecidas pela irradiação de microondas e a utilização de ácido β -glicerofosfórico, embora os resultados sugiram que é possível obter PU ternário com o sal de cálcio. Dados de FTIR indicaram a existência de ligações de uréia secundárias na estrutura dos poliuretanos. Após a caracterização dos PU’s ternários por espectroscopia de FTIR, XRD e análise térmica, obtiveram-se evidências de que as cavidades de β-ciclodextrina permaneceram ativas para a inclusão de moléculas hóspedes, usando-se fenolftaleína (FF) como sonda. Na seqüência, foi avaliada a possibilidade de inclusão do antibiótico ciprofloxacina. A ausência do pico de fusão ciprofloxacina em curvas de DSC indicou que este fármaco está molecularmente disperso dentro do polímero, com as moléculas possivelmente incluídas nas cavidades β-ciclodextrina. Experiências de liberação in vitro sugeriram interações não-inclusivas, mostrando também que a utilização de membranas de diálise pode mascarar o perfil de liberação efetiva.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ariadine R C de Souza.pdf: 3448582 bytes, checksum: c9a134accab4a823b60c11ba4b8a1727 (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research project aimed the evaluation of the antibiotic ciprofloxacin hydrochloride (CIP (HCl)) removal in solution, by applying an electrocoagulation (EC) process. The CIP (HCl) solution was prepared with an initial concentration of 25 mg L-1 CIP (HCl) in distilled water. The experiments were conducted in an EC reactor in laboratory scale, consisting of aluminum electrodes. In order to get the best reactor operating parameters, regarding its variables (initial pH, current intensity and time of electrolysis), a response surface methodology was applied based on a complete experimental design (CED) 3³. The CIP (HCl) concentration was monitored by high-performance liquid chromatography (HPLC), and the mineralization was accompanied based on the reduction of total organic carbon (TOC). To obtain the operating conditions considered ideal for the operation of the EC reactor, a predicted second-order model was adjusted to the experimental responses and then validated by ANOVA. The influence of each reactor operating parameter was individually investigated, in a wider range than the one studied in the CED. Thus, the optimal values for each operating parameters were initial pH at 9.0 and current intensity of 0.8 A. From these responses, a kinetic analysis of the EC process was performed, reaching a rapid reduction of CIP (HCl) in the first minutes of electrolysis, stabilizing at 99% in times greater than 40 minutes. The toxicity of the treated solution was measured by applying ecotoxicity and phytotoxicity bioassays, taking as bioindicators Artemia salina and Lactuca sativa, respectively. The toxicity test using Artemia salina was susceptible to the type of remaining toxic compounds formed after the CIP (HCl) solution treatment of short duration. Furthermore, the remaining toxicity after 75 min of EC became nearly harmless to this bioindicator. On the other hand, the bioindicator Lactuca sativa was not susceptible to the action of these compounds at any treatment time. Due to the possible presence of the organic compound CIP (HCl) at a low concentration in the solutions treated by high electrolysis time, an antimicrobial activity analysis using the microorganisms S. aureus and E. coli was applied. The antimicrobial activity of the solution over 40 min electrolysis treatments was almost null or absent. In order to identify the CIP (HCl) in the sludge generated during the process, an X-ray diffraction (XRD) analysis was applied. CIP (HCl) was not identified in the residual sludge or the treated solution, indicating degradation of the compound during the treatment, possibly by electro-oxidation reactions. Therefore, the electrocoagulation provided the degradation of CIP (HCl) pollutant maintaining the treated solution free of toxicity and adverse biological effects to aquatic biota enabling their disposal in the environment, if the ideal operational conditions are maintained (initial pH 9.0, current density 0.8 A and electrolysis time of 75 min). / Este projeto de investigação visa avaliar a remoção do antibiótico cloridrato de ciprofloxacina (CIP(HCl)) em solução, por meio de um processo de eletrocoagulação (EC). A solução de CIP(HCl) foi preparada com concentração inicial de 25 mg L-1 de CIP(HCl) em água destilada. Os experimentos foram realizados em um reator de EC, em escala laboratorial, constituído por eletrodos de alumínio. A fim de obter os melhores parâmetros de operação do reator em relação as suas variáveis (pH inicial, intensidade de corrente e tempo de eletrólise), uma metodologia de superfície de resposta foi aplicada baseada em um planejamento experimental completo (PEC) 3³. A concentração de CIP(HCl) foi monitorada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e sua mineralização foi baseada na redução do carbono orgânico total (COT). Para obtenção das condições operacionais consideradas ideais para o funcionamento do reator de EC, um modelo previsto de segunda ordem foi ajustado às respostas experimentais e em seguida validado pela ANOVA. A influência de cada parâmetro de funcionamento do reator foi investigada individualmente em uma faixa de estudo mais ampla do que a avaliada PEC. Desta maneira, os valores considerados ideais para cada parâmetro operacional foram: pH inicial 9,0 e intensidade de corrente 0,8 A. A partir destas respostas, foi realizada uma análise cinética do processo de EC, onde se atingiu uma rápida redução de CIP(HCl) nos primeiros minutos de eletrólise, se estabilizando em 99% em tempos superiores a 40 min. A toxicidade da solução tratada foi avaliada aplicando bioensaios de ecotoxicidade e de fitotoxicidade, tomando como bioindicadores a Artemia salina e a Lactuca sativa, respectivamente. O teste de toxicidade utilizando a Artemia salina foi susceptível aos compostos tóxicos remanescentes formados após o tratamento da solução de CIP(HCl) de curta duração. Além disso, a toxicidade após 75 min de EC se tornou quase inócua a este bioindicador. Por outro lado, o bioindicador Lactuca sativa não foi susceptível à ação dos compostos tóxicos remanescentes a qualquer tempo de tratamento. Devido a possível presença do composto orgânico CIP(HCl) em baixas concentrações, nas soluções tratadas por elevados tempos de eletrólise, aplicou-se a análise de atividade antimicrobiana utilizando os micro-organismos S. aureus e E. coli. A atividade antimicrobiana da solução com tratamentos acima de 40 min de eletrólise foi ausente. Visando a identificação da CIP(HCl) no lodo gerado durante o processo, análises de difração de raio-X (DRX) foram realizadas. Não se identificou CIP(HCl) no lodo residual nem na solução tratada, indicando a degradação do composto durante o tratamento, possivelmente por reações de eletroxidação. Portanto, o processo de EC proporcionou a degradação do poluente CIP(HCl), mantendo a solução tratada isenta de toxicidade e de efeitos biológicos adversos à biota aquática possibilitando seu descarte no meio ambiente, se mantidas as condições operacionais ideais para o funcionamento do reator (pH inicial 9,0, intensidade de corrente 0,8 A e tempo de eletrólise de 75 min).