[pt] O presente trabalho tem por objetivo analisar a degradação do fármaco Clonazepam (CZP), um dos remédios controlados mais vendidos no mundo e um possível contaminante emergente das águas residuais e de superfície. Foi realizada a degradação do composto a partir da fotólise UVC do peróxido de hidrogênio, das reações de Fenton fotoassistida (Foto-Fenton) por lâmpadas UVA, UVC, e por radiação solar, assim como pelo Sistema H2O2/Óxidos de Ferro, para efeito de comparação. Todas as análises foram conduzidas por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detector UV. Os resultados alcançaram conversões acima de 85 por cento em boa parte dos experimentos e indicaram a cinética, em sua maioria, com ordem aparente próxima a 2 e k igual 0,95 mg. L-1. min-1 no Foto-Fenton UVC e k igual 0,02 mg.L-1.min-1 no Sistema H2O2/Óxidos de Ferro. Além disso, foi feita a análise de toxicidade utilizando sementes de alface para o H2O2/Óxidos de Fe, a fotólise UVC e para o Foto-Fenton com lâmpada UVC, com valores de inibição de crescimento de até 44 por cento. / [en] The present work aims at analyzing the degradation of the drug Clonazepam (CZP), one of the best-selling controlled drugs in the world and a possible emerging contaminant of surface and wastewater. Compound degradation was performed by UVC photolysis of hydrogen peroxide, photo-assisted Fenton reactions (Photo-Fenton) by UVA, UVC lamps, and solar radiation, as well as by the H2O2/Iron Oxides System for comparison purposes. All analyses were conducted by high performance liquid chromatography (HPLC) with UV detector. The results reached conversions above 85 percent in most of the experiments and indicated the kinetics, mostly, with apparent order close to 2 and k equal 0.95 mg. L-1. min-1 in Photo-Fenton UVC and k equal 0.02 mg.L-1.min-1 in H2O2/Iron Oxides. In addition, toxicity analysis was carried out using lettuce seeds for H2O2/Iron Oxides, UVC photolysis and UVC lamp Photo-Fenton, with growth inhibition values of up to 44 percent.

[ES] El agua se convirtió en uno de los recursos más escasos de la Tierra. Por eso es necesario desarrollar nuevas tecnologías para el tratamiento adecuado de las aguas residuales urbanas (UWW), permitiendo su reutilización. Múltiples tecnologías han demostrado ser efectivas cuando se aplican individualmente, pero a menudo no se aplican ni se integran en el tratamiento convencional de UWW, lo que resulta en la pérdida de posibles efectos sinérgicos. Por estas razones, la investigación sobre la combinación e integración de estas tecnologías es de suma importancia. Cuando se aplican de esta manera, también se conocen como Tecnologías Integradas Avanzadas. Hecho un trabajo de investigación sobre el rendimiento de una planta piloto de nanofiltración (NF) a escala piloto para UWW, seguido de la aplicación de métodos de tratamiento (químico). Los Procesos de Oxidación Avanzada (AOP), como el proceso (solar) foto-Fenton (SPF), aprovechan el ciclo catalítico del hierro (Fe2+ y Fe3+), la luz UV-vis, junto con un agente oxidante, como el peróxido de hidrógeno (H2O2), produciendo radicales hidroxilo altamente reactivos. Este proceso de foto-Fenton (solar) se aplica a un pH 3, para evitar la precipitación del hierro, o a un pH más alto mediante agentes quelantes, como el ácido etilendiamino-N, N'-disuccínico (EDDS). Los microcontaminantes (MC) usados fueron cafeína, imidacloprid, tiacloprid, carbamazepina y diclofenaco. La preconcentración es un paso esencial antes de aplicar AOP como tratamiento terciario de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas (EDAR), ya que reduce significativamente el volumen a tratar y, por lo tanto, los costos económicos. El tratamiento de la corriente de concentrado de la NF mediante el proceso de SPF demostró ser efectivo para la eliminación de los MC mencionados anteriormente cuando se utilizó H2O2 como agente de oxidación. Por lo tanto, a una mayor degradación de los MC se adhiere una toxicidad directamente proporcionalmente menor. Las investigaciones incluyen la valorización de los efluentes EDAR mediante la recuperación de amonio, con la eliminación combinada de MC mediante NF y diferentes AOPs, con el fin de producir corrientes de permeado para la fertilización e irrigación directa de cultivos, también conocida como 'fertirrigación'. Esto incluye el proceso de SPF, pero también se combina con procesos de electrooxidación (EO). El SPF fue más efectivo al tratar las corrientes de concentrado de NF a pH circunneutro, con una concentración de MC inferior a 1 mg/L. Las corrientes de concentrado de NF altamente salinas son ideales para ser tratadas mediante procesos de EO, por sus alta conductividad, con un consumo eléctrico significativamente menor con la asistencia solar. La eficiencia de retención de MC por NF y la toxicidad después de los tratamientos con AOP también se evaluaron mediante la determinación de la fitotoxicidad del permeado. Los resultados mostraron que los permeados utilizados para los cultivos (Sorghum saccharatum, Sinapis alba, Lepidium sativum) redujeron la germinación de las semillas. Contrariamente, se observó que la irrigación con los permeados producidos generalmente promovió el desarrollo de las raíces, mientras que el desarrollo de los brotes prosperó solo cuando se usaron permeados que tenían factores de concentración inferiores al factor de concentración 2. Los estudios mostraron que los permeados deberían diluirse primero en un mínimo del 50%, para ser adecuados para la irrigación directa. El trabajo también incluyó la evaluación de una membrana de ultrafiltración (UF) cerámica foto catalítica TiO2-ZrO2 previamente desarrollada. La disminución del flujo puede revertirse cuando se irradia la membrana UF cerámica con luz en un simulador solar. La retención microbiológica de la membrana UF fue determinada utilizando una cepa bacteriana Gram negativa, Pseudomonas aeruginosa y fue capaz de retener consistentemente hasta un orden de magnitud de 1 x 104 UFC/ml. / [CA] L'aigua es va convertir en un dels productes bàsics més escassos de la Terra. Per tant, cal desenvolupar noves tecnologies, com el tractament adequat de les aigües residuals urbanes (UWW) per a la seva reutilització. Múltiples tecnologies avançades es demostren efectives quan s'apliquen únicament. Aquestes tecnologies sovint no s'apliquen ni s'integren en el tractament UWW convencional. Com a resultat, es perd possibles efectes sinèrgics. Per aquests motius, la investigació sobre la combinació i integració d'aquestes noves tecnologies és de la màxima importància. Quan s'apliquen així, aquestes tecnologies combinades també es coneixen i s'indiquen com a Tecnologies Integrades Avançades. Es va realitzar un treball de recerca sobre el rendiment d'una planta de nanofiltració (NF) a escala pilot per a la preconcentració d'UWW, seguida de l'aplicació de mètodes de tractament (químics), per tal de tractar els corrents de concentrat i permeat produïts. Els processos d'oxidació avançats (AOP), com el procés foto-Fenton (solar) (SPF), fan servir el cicle catalític del ferro (Fe2+ i Fe3+), la llum UV-vis, juntament amb un agent oxidant, com el peròxid d'hidrogen (H2O2), produint radicals hidroxil altament reactius i no selectius. Aquest procés SPF s'aplica a pH3, per tal d'evitar la precipitació del ferro, o a pH circumneutral aplicant agents quelants com l'àcid etilendiamina-N, N¿-disuccinic (EDDS). La preconcentració és un pas essencial abans d'aplicar els AOP com a tractament terciari d'efluents d'EDAR, ja que redueix significativament el volum a tractar i, per tant, els costos globals. El tractament del corrent de concentrat del NF mitjançant el procés SPF va demostrar ser eficaç per a l'eliminació de diferents microcontaminants (MC) quan s'utilitzava H2O2 com a agent d'oxidació. Per al qual una degradació de MC més alta s'adhereix a una toxicitat menor directament proporcional. Els seleccionats (MC) van ser cafeïna, imidacloprid, tiacloprid, carbamazepina i diclofenac. Els treballs de recerca posteriors van tractar la valorització dels efluents d'EDAR mitjançant la recuperació d'amoni, amb l'eliminació combinada de MC per NF i diferents AOP avançats, per tal de produir corrents permeats per a la fertilització directa dels cultius i el reg, també anomenats "fertirrigació". Inclou SPF, però també combinat amb processos d'electrooxidació (EO). El SPF va ser més eficaç quan es tractaven corrents de concentrat de NF a pH circumneutral, a una concentració de MC inferior a 1 mg/L, per obtenir una degradació ràpida de MC. Els corrents concentrats de concentrat NF altament salins són ideals per ser tractats mitjançant processos EO, alhora que posseeixen una alta conductivitat, i un menor consum elèctric significatiu per assistència solar. També es va avaluar l'eficiència de retenció de MC per NF i la toxicitat després dels tractaments amb AOP determinant la fitotoxicitat del permeat. Els resultats van mostrar que els permeats podrien reduir la germinació de llavors si s'utilitzaven per a cultius (Sorghum saccharatum, Sinapis alba, Lepidium sativum). Al contrari d'això, es va demostrar que el reg amb els permeats produïts afavoria generalment el desenvolupament de les arrels, mentre que el desenvolupament dels brots només va prosperar quan s'utilitzaven permeats que tenien factors de concentració inferiors a 2. Els estudis de toxicitat van mostrar que els corrents de permeat s'havien de diluir primer amb un mínim del 50% aigua dolça. El treball de recerca realitzat també va incloure l'avaluació d'una membrana d'ultrafiltració ceràmica (UF) fotocatalítica TiO2-ZrO2 desenvolupada prèviament. La disminució del flux es pot revertir quan la membrana fotocatalítica UF va ser irradiada per llum en un simulador solar. La retenció microbiològica de la membrana UF es va determinar mitjançant el desplegament d'una soca bacteriana gramnegativa, Pseudomonas aeruginosa, ser capaç de retenir constantment fins a un ordre de magnitud d'1 x 104 CFU/ml. / [EN] Water turned to be one of Earths scarcest commodities. Therefore, novel technologies need to be developed, as appropriate treatment of produced urban wastewaters (UWWs) for its reuse as irrigation waters or aquifer recharge. Multiple advanced technologies are proven effective when applied solely. These technologies are often not applied or integrated into conventional UWW treatment. Resulting in missing out on potential synergetic effects. For these reasons that research into the combining and integration of these novel technologies is of the utmost importance. When thus applied, these combined technologies are also known and indicated as Advanced Integrated Technologies. Research work was conducted on the performance of a pilot scale nanofiltration (NF) plant for UWW pre-concentration, followed by the application of (chemical) treatment methods, in order to treat the produced concentrate and permeate streams. Advanced Oxidation Processes (AOPs), such as the (solar) photo-Fenton process make use of the catalytic cycle of iron (Fe2+ and Fe3+), UV-vis light, along with an oxidizing agent, such as hydrogen peroxide (H2O2), producing highly reactive and non-selective hydroxyl radicals (¿OH). This (solar) photo-Fenton process is applied at acidic pH3, in order to prevent iron precipitation, or at circumneutral pH by applying chelating agents such as Ethylenediamine-N, N¿-disuccinic acid (EDDS). Preconcentration is an essential step before applying AOPs as tertiary treatment of UWWTP effluents, as it significantly lowers the to be treated volume, and therefore the overall costs. Treating the concentrate stream from the NF by the solar photo-Fenton process showed to be effective for the removal of different microcontaminants (MCs) when H2O2 was used as an oxidation agent. Opposite to that, the application of persulfate and its derived radicals showed lower degradation of the selected MC. For which a higher MC degradation is adhered to a directly proportional lower toxicity. Selected (MCs) were caffeine, imidacloprid, thiacloprid, carbamazepine, and diclofenac. Further research work covered UWWTP effluent valorization by the recovery of ammonium, with combined MC elimination by NF and different advanced AOPs, in order to produce permeate streams for direct crop fertilization and irrigation, also called 'fertigation'. Including solar photo-Fenton, but also combined with electrooxidation (EO) processes. Solar photo-Fenton was most effective when treating NF concentrate streams at circumneutral pH, at MC concentration lower than 1 mg/L, to obtain rapid MC degradation. High saline and concentrated NF concentrate streams are ideal to be treated by EO processes, while possessing high conductivity. Obtaining significant lower electric consumption by solar assistance. MC retention efficiency by NF and toxicity after AOP treatments was also assessed by determining the permeate phytotoxicity. Results showed that permeates could lower seed germination if they would be used for crops (Sorghum saccharatum, Sinapis alba and Lepidium sativum). Contrary to that, it was showed that irrigation with the produced permeates generally promoted root development, while shoot development only thrived when using permeates which had concentration factors lower than 2. Toxicity studies showed that permeate streams should first be diluted with a minimum of 50% fresh water, in order to be suitable for direct crop irrigation in agriculture. Conducted research work also included the assessment of a priorly developed (collaboration with an PhD within MSCA AQUAlity) photocatalytic TiO2-ZrO2 ceramic ultrafiltration (UF) membrane. Flux decline can be reversed when the photocatalytic UF membrane was irradiated by light in a solar simulator. Microbiological retention of the UF membrane was determined by deploying a Gram-negative bacterial strain, Pseudomonas aeruginosa (P. Aeruginosa). It was able to consistently retain till an order of magnitude of 1x10^4 CFU/ml. / This PhD Thesis has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program, the AQUAlity project, under the Marie SkłodowskaCurie grant agreement No 765860. Performing research work at CIEMAT – Plataforma Solar de Almería. / Deemter, RD. (2024). Application of Advanced Integrated Technologies (Membrane and Photo-Oxidation Processes) for the Removal of CECs contained in Urban Wastewater [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203099

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alcione Aparecida de Almeida.pdf: 1918947 bytes, checksum: d5a1da74fcba2bfdd180c1594dcd456b (MD5) Previous issue date: 2013-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study was to evaluate the modified Fenton reactions (RFM), through the addition of six complexing organic separately in each reaction, these being: ascorbic acid (AA), citric acid (CA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), gluconic acid (AG), oxalic acid (OA) and tartaric acid (TA), the degradation of textile effluent under varying molar ratios between the total organic carbon, [Fe2+], complexing and [H2O2]. In RFM and Fenton reactions (RF) reactor was used consisting of a borosilicate beaker with a maximum volume of 250 mL, in batch, open, without stirring under room temperature in the optimization phase of time aliquots were removed in the effluent times: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 and 24 h. The procedure consisted of addition of 250 mL of textile effluent to the reactor for RF and RFM, followed by the oxidant and a catalyst for the RF and oxidizing catalyst and complexing to RFM. RF best results in reduction of TOC was obtained in 12 h treatment under initial pH value of 3.0 and a molar ratio [1:0,9:27,5]. Concerning the [COT:Fe2+:H2O2] where noted a reduction of 91.06% of TOC, COD 94.51%, 99.88% and 99.02% of the turbidity of discoloration. The RFM showed the best results with the use of complexing GA at 15 h of treatment under molar ratio [1:1,31:1,12:27,94], its [COT:Fe2+:AG:H2O2] which promoted reduction of 82.30% of TOC, COD 90.53%, 99.27% and 99.19% of the turbidity of discoloration, TA had similar results in reduction of parameters when the effluent subjected to 12 h of treatment in a molar ratio [1:0,76:0,94:32,13]. Concerning the [COT:Fe2+:AT:H2O2] under these conditions was possible to reduce 75.05% TOC, 94.89% COD, 97.84% turbidity and discoloration of 96.75%. However, RF are effective in the treatment of textile effluents, though the RFM presented as a new possibility of the treatment without the necessity of adjusting the initial pH value. / Este estudo teve por objetivo avaliar as reações de Fenton modificadas (RFM), através da adição de seis complexantes orgânicos isoladamente em cada reação, sendo estes: ácido ascórbico (AA), ácido cítrico (AC), ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), ácido glucônico (AG), ácido oxálico (AO) e ácido tartárico (AT), na degradação de efluente têxtil, sob variadas relações molares entre o carbono orgânico total, [Fe2+], complexante e o [H2O2]. Nas RFM e reações de Fenton (RF) foi utilizado reator constituído por um béquer de borossilicato com volume máximo de 250 mL, em sistema descontínuo, aberto, sem agitação, sob temperatura ambiente, na fase de otimização do tempo alíquotas do efluente eram retiradas nos tempos: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 e 24 h. O procedimento consistiu na adição de 250 mL do efluente têxtil ao reator para as RF e RFM, seguido do oxidante e catalisador para as RF e oxidante, catalisador e complexante para as RFM. Nas RF os melhores resultados de redução do COT foi obtido em 12 h de tratamento, sob valor de pH inicial 3,0 e relação molar [1:0,9:27,5] referente ao [COT:Fe2+:H2O2] aonde constatou-se redução de 91,06% do COT, 94,51 da DQO, 99,88 da turbidez e 99,02% de descoloração. As RFM apresentaram os melhores resultados com a utilização do complexante AG em 15 h de tratamento sob relação molar [1:1,31:1,12:27,94], respectivo [COT:Fe2+:AG:H2O2] a qual promoveu a redução de 82,30% do COT, 90,53% da DQO, 99,27% da turbidez e 99,19% de descoloração, o AT apresentou resultados similares de redução dos parâmetros avaliados, quando submetido o efluente a 12 h de tratamento sob relação molar [1:0,76:0,94:32,13] referente ao [COT:Fe2+:AT:H2O2], nestas condições foi possível a redução de 75,05% do COT, 94,89% da DQO, 97,84% da turbidez e descoloração de 96,75%. Contudo, as RF são eficazes no tratamento de efluentes têxteis, entretanto as RFM apresentam-se como uma nova possibilidade de tratamento sem a necessidade de ajuste do valor do pH inicial.

Cette étude porte sur l'application de différents procédés d'oxydation avancée, POA (plasma d'air humide, électro-Fenton, photo-Fenton et oxydation anodique avec BDD) pour le traitement des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d'entités très réactives et très oxydantes, les radicaux hydroxyles *OH qui sont capables d'oxyder n'importe quelle molécule organique jusqu'au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Le plasma d'air humide a été appliqué pour l'oxydation d'un colorant azoïque, l'OD 61. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été ajoutés dans leurs conditions optimisées afin d'améliorer les performances du système Glidarc. La combinaison des deux catalyseurs: Fe2+ et TiO2 a permis de décolorer 91% de l'OD 61 au bout de 3 heures et d'atteindre un taux d'abattement du COT de l'ordre de 52% après 10 heures de traitement. La méthodologie de la recherche expérimentale a été appliquée dans ce mémoire afin d'étudier l'influence de: l'intensité du courant, la concentration du colorant et le temps d'électrolyse sur la vitesse de disparition de l'OD 61 et afin de déterminer les conditions optimales de sa minéralisation. Dans les conditions optimales obtenues ([colorant] = 0,53.10-3 mol.L-1, I = 250 mA), le procédé électro-Fenton (EF) permet d'atteindre des taux de minéralisation de l'ordre de 98% dans le cas de l'OD 61 et l'AO 7 et de 88% dans le cas de l'indigo carmine. L'identification des produits intermédiaires au cours de l'électrolyse a permis de proposer un mécanisme de minéralisation de l'AO7. Les constantes cinétiques apparentes et absolues ont été déterminées. La dégradation de l'indigo a été étudiée par oxydation anodique avec BDD (OA-BDD) et par procédé photo-Fenton (PF). Cette étude a montré que l'électrolyse de l'indigo suit une cinétique de pseudo premier ordre et que le taux d'abattement du COT était de l'ordre de 97% et 63% respectivement avec OA-BDD et PF. Une étude comparative pour l'oxydation de l'AO 7 a été menée par trois procédés d'oxydation avancée: PF, OA- BDD et EF-Pt et EF-BDD. Cette étude a montré que le procédé photo-Fenton permet d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 90% après seulement 2 heures de traitement. Toutefois, le PF s'est révélé le plus coûteux suite à l'utilisation de la lumière artificielle UV et l'ajout des réactifs. Par ailleurs, le traitement d'un effluent réel issu de l'industrie de textile par le procédé électro-Fenton avec une anode de platine a permis la minéralisation presque totale du rejet initial (94% du COT initial ont été éliminés).

L'usage intensif de pesticides dans l'agriculture engendre une contamination sans précédent des eaux de surface et des nappes phréatiques. Les traitements classiques appliqués aux eaux usées contenant des produits organiques polluants sont basés sur la biodégradation ou sur des méthodes physiques de transfert de masse (décantation, filtration, adsorption des polluants sur du charbon actif) ou des procédés chimique tels que l'oxydation à l'ozone ou au chlore. Cependant, ces procédés demeurent inefficaces dans le cas de traitement des eaux contaminées par les polluants organiques persistants (POPs). Les procédés d'oxydation avancés sont mis en œuvre pour dégrader ou même minéraliser ces polluants. Ce travail a donc pour objectif de déterminer un protocole expérimental pour détruire efficacement les pesticides, produits chimiques largement utilisés dans l'agriculture au Maroc, tels que le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil en utilisant les procédés d'oxydation avancée électro-Fenton et oxydation anodique avec différentes anodes telles que BDD, Pt et DSA. Ainsi, nous avons trouvé que le taux de minéralisation par procédé électro-Fenton avec l'anode BDD était de 92%, 95%, 92% et 97%pour le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil, respectivement, après 4 h de traitement. Ces résultats confirment l'efficacité des procédés d'oxydation avancés électrochimiques dans le traitement des eaux polluées par des pesticides / The intensive use of pesticides in agriculture generates, nowadays, an unprecedented contamination of surface water and groundwater. Conventional treatments applied to waste water containing organic pollutants are based on biological treatments méthods or physical mass transfer methods (decantation, filtration, adsorption of the pollutants on activated carbon), chemical oxidation with ozone, chlorine, etc. However, these methods remain ineffective for the treatment of water polluted by persistent organic pollutants (POPs). Advanced oxidation processes are implemented to degrade and mineralize these pollutants. This PhD thesis work aims to establish an experimental protocol to degrade and mineralize pesticides, chemicals widely used in agriculture in Morocco, such as monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2,4,5-trichlorophenoxy-acetic acid , and imazalil using the electro-Fenton and anodic oxidation processes with DD Pt or DSA anodes. Thus, the rate of mineralization was 92%, 95%, 92% and 97% for the monochloro-benzene, the 1,2-dichlorobenzene, the 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid , and the imazalil, respectively, after 4 h treatment by electro-Fenton process. These results confirm the effectiveness of electrochemical advanced oxidation processes for treating water polluted by pesticides

Este trabalho descreve o estudo da geração eletroquímica do H2O2 em eletrólito ácido (H2SO4 (0,1 mol L-1) + K2SO4 (0,1 mol L-1)) e eletrólito alcalino (KOH 1,0 mol L-1) utilizando eletrodo de difusão gasosa (EDG), sendo este fabricado com carbono Printex 6L e modificado com 3,0; 5,0 e 10,0% de ftalocianina de cobalto (II) ou cobre (II). Os experimentos foram realizados em uma célula eletroquímica de compartimento único contendo eletrodo de referência Ag/AgCl, contra eletrodo de Pt e como eletrodo de trabalho foi utilizado o EDG. Nos testes de eletrólise a potencial constante (-0,4 V ≤ E ≤ -1,4 V) durante 90 minutos com O2 pressurizado a 0,2 Bar, a concentração de H2O2 alcançou valor máximo de 178 mg L-1 a - 1,0 V (vs. Ag/AgCl) para o EDG não modificado em eletrólito ácido e em eletrólito alcalino, o valor máximo foi de 3.370 mg L-1 a -1,1 V (vs. Ag/AgCl). Quando incorporada a porcentagem de 5,0% de ftalocianina de cobalto (II) à massa do EGD verificou-se que a concentração de H2O2 alcança valor máximo em 331 mg L-1 a -0,7 V (vs. Ag/AgCl), o que representa um aumento de 86,0% no rendimento da produção de H2O2 em meio ácido, além de uma diminuição de 300 mV no potencial aplicado para formação da espécie oxidante. Para o estudo da degradação eletroquímica foram utilizados os corantes amaranto e tartrazina com concentração de 100 mg L-1. Para o estudo do processo eletro-Fenton homogêneo foram utilizados 0,05; 0,1 e 0,15 mmol de Fe2+ ou Fe3+ e para o processo eletro-Fenton heterogêneo em meio alcalino foi utilizado 0,15 mmol das nanopartículas do tipo Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0,25). As eletrólises foram realizadas a potencial constante em -0,7 V (vs. Ag/AgCl) no EDG modificado com 5,0% de ftalocianina de cobalto (II) sob fluxo constante de O2 durante 90 minutos no processo eletro-Fenton homogêneo enquanto no processo eletro-Fenton heterogêneo o EDG não modificado foi utilizado e as eletrólises foram realizadas a -1,1 V (vs. Ag/AgCl). Todos os ensaios eletroquímicos foram realizados em um potenciostato PGSTAT- 302 acoplado a um com módulo de alta corrente BSTR-10A e controlado por meio do software GPES (Metrohm Autolab). As nanopartículas Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0,25) foram caracterizadas por Análise de Ativação de Neutrons (AAN), DRX, BET, XPS e MET. As amostras dos corantes foram analisadas por espectrofotometria UV/Vis, cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e teor de carbono orgânico total (COT). Em termos de descoloração, houve uma pequena diminuição no espectro dos corantes quando utilizado H2O2 eletrogerado em meio ácido o que não ocorre na degradação quando utilizado o processo eletro-Fenton homogêneo sendo mais evidente quando utilizado Fe2+, alcançando uma descoloração máxima de 80,0 e 99,2% respectivamente para os corantes amaranto e tartrazina. O decaimento da concentração por CLAE foi bastante eficiente quando utilizado o processo eletro-Fenton, com melhores resultados para Fe2+ e Fe3-xCuxO4 (x= 0,25) sendo a cinética dos processos de pseudo-primeira ordem. Foram identificados os subprodutos formados durante a degradação dos corantes durante o processo eletro-Fenton homogêneo. Os maiores valores de remoção de COT (67,3%) e consumo energético (CE) (370 kwh kg-1 foram obtidos para o processo utilizando íons Fe2+ e as nanopartículas Fe3-xCuxO4 (x=0,25) respectivamente para o corante amaranto. Os valores da concentração de ferro residual solúvel estão dentro do limite permitido segundo a Resolução CONAMA nº 430/2011. Para o processo eletro-Fenton heterogêneo, a concentração de H2O2 residual e consumida diminuiu e aumentou respectivamente com o aumento do valor de \"x\" na espinela da Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0,25). / This work describes the electrogeneration of H2O2 study in acidic medium (H2SO4 (0.1 mol L-1) + K2SO4 (0.1 mol L-1)) and alkaline medium (KOH 1.0 mol L-1) using gas diffusion electrode (GDE), being these GDE manufactured with the Printex 6L carbon and modified with percentages of 3.0, 5.0 and 10.0% of cobalt (II) phthalocyanine or copper (II) phthalocyanine. The experiments were performed in an electrochemical cell single compartment containing the reference electrode Ag/AgCl, platinum counter electrode and the working electrode was used the GDE. In tests electrolysis at constant potential (-0.4 V ≤ E ≤ - 1.4 V) for 90 minutes pressurized with O2 at 0.2 Bar, H2O2 concentration reached a maximum value at 178 mg L-1 to -1.0 V (vs. Ag/AgCl) for GDE unmodified in acid electrolyte and alkaline electrolyte, the maximum value was 3,370 mg L-1 at potential -1.1 V (vs. Ag/AgCl).When incorporated percentage of 5.0% of cobalt (II) phthalocyanine to mass GDE, it is verified that the concentration of H2O2 reaches maximum value at 331 mg L-1 at -0.7 V (vs. Ag/AgCl), which represents increase in yield of 86.0% relative to Printex 6L carbon in acidic medium, addition to a decrease of 300 mV at potential applied to the formation of oxidizing species. To study the electrochemical degradation were amaranth and tartrazine dyes with concentration of 100 mg L-1. To study the homogeneous electro-Fenton process were used 0.05; 0.1 e 0.15 mmol de Fe2+ or Fe3+ and to heterogeneous electro-Fenton process in alkaline medium was used 0.15 mmol of Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0.25) nanoparticles. The electrolysis were performed at constant potential -0.7 V (vs. Ag/AgCl) in the GDE modified with 5.0% of cobalt (II) phthalocyanine under constant flow of O2 for 90 minutes in the homogeneous electro-Fenton process while in the heterogeneous electro-Fenton process, GDE unmodified was used and the electrolysis were performed at -1.1 V (vs. Ag/AgCl). All electrochemical tests were performed using a potentiostat/galvanostat model PGSTAT 302 coupled to a BSTR-10A current booster and controlled by GPES software (Metrohm Autolab). The Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0.25) nanoparticles were characterized by Neutron Activation Analysis (NAA), XRD, BET, XPS and TEM. The samples of the dyes were analyzed by spectrophotometry UV/Vis, high performance liquid chromatography (HPLC) and total organic carbon (TOC). In terms of discoloration, was a small decrease in the spectrum of the dye when used H2O2 in acidic medium which doesn\'t occur in the degradation when used homogeneous electro-Fenton process being more evident when used Fe2+, reaching a maximum discoloration of 80.0 and 99.2% respectively for amaranth and tartrazine dyes. The decay concentration by HPLC was very efficient when using the electro-Fenton process with better results for Fe2+ and Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0.25) nanoparticles being the kinetics of the process of pseudo-first order. Were identified by-products formed during the degradation of dyes during the homogeneous electro-Fenton process. The higher values of TOC removal (67.3%) and energy consumption (EC) (370 kWh kg-1) were obtained to process using Fe2+ ions and Fe3-xCuxO4 (x= 0.25) nanoparticle respectively for amaranth dye. The values of residual soluble iron concentrations are within the permissible limit according to CONAMA Resolution nº 430/2011. To the heterogeneous electro-Fenton process, the residual and consumed concentration of H2O2 decreased and increased respectively with increasing value of \"x\" in the spinel of Fe3-xCuxO4 (0 ≤ x ≤ 0.25).

Inúmeros trabalhos da literatura científica mostram que a remoção parcial de lignina é útil para facilitar o processo de sacarificação enzimática de materiais lignocelulósicos. No entanto, a maioria dos processos de deslignificação aplica condições severas de reação e apresenta custos elevados de processo. Uma alternativa aos processos mais severos de deslignificação envolve a aplicação de sistemas biomiméticos. Estes sistemas demandam condições amenas de reação, compatíveis com a etapa de hidrólise enzimática, porém geralmente são mais lentos e menos eficientes do que os pré-tratamentos químicos e quimiotermomecânicos convencionais. Ponderando estes fatos, o objetivo desta tese foi estudar a aplicação de sistemas oxidativos e biomiméticos na deslignificação de materiais lignocelulósicos prévios a uma etapa de hidrólise enzimática da fração polissacarídica. A estratégia de trabalho consistiu em pré-tratar bagaço de cana (foram empregados 3 cultivares diferentes de cana no presente estudo) com um processo quimiotermomecânico (CTM) em condições amenas de reação (5,0% de Na2SO3 e 2,5% de NaOH) seguido de um tratamento biomimético oxidativo. Esta abordagem visou gerar um material parcialmente deslignificado que pudesse ter a recalcitrância significativamente diminuída pela aplicação de um processo biomimético. Um segundo pré-tratamento foi aplicado em condições mais severas de reação (10% de Na2SO3 e 5,0% de NaOH) e visou gerar um material de referência, com baixa recalcitrância. Os sistemas biomiméticos empregados tiveram origem nos processos naturais de biodegradação de madeira por fungos de decomposição branca e parda e envolveram a ação de: a) Manganês peroxidase, Lacase, ferro e Oxigênio; b) reação de Fenton mediada por quelantes. Estes sistemas foram suplementados ou não com ácidos graxos insaturados, visando gerar radicais organoperoxila no caso dos sistemas suplementados. As reações de Fenton mediadas por quelantes apresentaram emissão de quimiluminescência, o que permitiu otimizar o sistema reacional com base na máxima quimiluminescência obtida. A remoção de lignina obtida com o pré-tratamento CTM variou de acordo com a carga de sulfito alcalino empregada, sendo que para as severidades baixa e alta, a remoção de lignina atingiu 26% e 54%, respectivamente. Os sistemas biomiméticos aplicados no bagaço de cana, após pré-tratamento com sulfito alcalino na condição branda, produziram graus de deslignificação variáveis, sendo que as principais remoções de lignina foram obtidas com o tratamento de Fenton mediado por quelantes e com Oxigênio, atingindo remoções acumuladas de lignina de 44% e 62%, respectivamente. Em todos os casos avaliados, a remoção adicional de lignina promoveu maiores eficiências de conversão enzimática das frações polissacarídicas residuais. A maior conversão de celulose e hemicelulose (acima de 80%) foi obtida com o tratamento Fenton mediado por quelantes aplicado sobre um cultivar de cana de açúcar que apresentava elevado teor de ácidos hidroxicinâmicos, sugerindo uma ação eficiente destes sistemas para a remoção destes ácidos hidroxicinâmicos. / The current scientific literature shows that lignin removal can facilitates subsequent processes of enzymatic saccharification of lignocellulosic materials. However, most of the delignification processes use severe reaction conditions and present high process costs. One alternative for the severe delignification processes includes the use of biomimetic systems. These systems can be applied under mild reaction conditions, which are compatible with the enzymatic hydrolysis step. Nevertheless, biomimetic systems usually present low reaction rates and are less efficient than the more severe chemical and chemithermomechancial processes. Weighing these facts, the main subject of the current PhD thesis was to study oxidative-biomimetic systems suitable for delignification of lignocellulosic materials as a previous step to the enzymatic hydrolysis of the polysaccharide fraction. The experimental approach involved the pretreatment of sugar cane bagasse (three different sugar cane cultivars were evaluated) by a chemithermomechanical (CTM) process under mild reaction conditions (5% of Na2SO3 and 2.5% NaOH), followed by an oxidative-biomimetic system. This approach aimed to prepare a partially delignified material suitable to be treated by the subsequent biomimetic systems, providing significant changes in the material recalcitrance. A second pretreatment under more severe reaction conditions (10% Na2SO3 and 5% NaOH) was performed to prepare a reference material with low recalcitrance. The biomimetic systems used in the current work were based on natural wood decay processes involving white- and brown-rot fungi, and include the actions of: a) Manganese peroxidase, Laccase, Iron íons and Oxygen; b) Chelator Mediated Fenton reactions (CMF). This reaction systems used (or not) the presence of unsaturated fatty acids to induce formation of organoperoxyl radicals. The CMF reactions presented chemiluminescence, which enabled the reaction optimization with basis on maximal chemiluminescence. The lignin removal during the CTM pretreatment varied according to the alkaline-sulfite load used in the reaction. The delignification increased with increased alkaline-sulfite loads reaching 26% and 54% for the less severe and more severe reaction conditions, respectively. Biomimetic systems applied over the mild-pretreated sugar cane bagasse produced varied delignification levels, reaching maximal values for cumulative lignin removal of 44% and 62% for the CMF and Oxigen, respectively. In all cases, the supplementary removal of lignin resulted in more efficient enzymatic hydrolysis of the polysaccharide fraction. The highest cellulose and hemicellulose conversions (over 80%) was obtained with the CMF system applied on a sugar cane cultivar that contained high hydroxycinnamic acids contents, suggesting an efficient action of CMF systems for hydroxycinnamic acids removal.

Incineração pode ser considerado um método terminal para a disposição de resíduos. Apesar de toda vantagem que possa apresentar, a oposição a este tipo de tratamento tem sido frequentemente renovada em função de traços de dioxinas cloradas, furanos clorados e outros compostos detectados nos efluentes gasosos de incineradores de resíduos. A eficiência de Incineradores é medida pela remoção e destruição de compostos e pela emissão de produtos de combustão incompleta -PCI (ex. Dioxinas, Furanos, etc). Neste trabalho propomos a utilização do reagente de Fenton como sistema de oxidação auxiliar em um incinerador com forno de camara rotativa. O objetivo deste trabalho foi aumentar a Eficiência de Destruição e Remoção de compostos e diminuir a emissão de PCIs. A reação de Fenton é dada pela equação [1]. Fe2+ + H2O2 ←→ Fe3+ + *OH + OH- [1] Em condições ácidas o radical hidroxila apresenta potencial de oxidação Eo = 2,33 v. No processo oxidativo de Fenton normalmente 40 a 60 % do carbono é convertido a CO2 , dependendo da quantidade de Fe2+, peróxido e da temperatura da solução. Durante os testes foram efetuados 12 coletas dos efluentes gasosos, 6 com a utilização do reagente de Fenton e 6 sem o seu uso. Houve redução em 79 % da Taxa de emissão de compostos orgânicos e 97 % na redução da taxa de emissão de Dioxinas e Furanos (PCIs). 12 amostras de efluentes líquidos industriais contendo solventes também foram tratadas a temperatura ambiente com reagente de Fenton. Os resultados obtidos mostraram redução de 100 % a 47 % na concentração dos solventes. / Incineration can be considerate a terminal method for residue disposition. Beside the advantage that it could show the oposition to this kind of treatment has been frequently renovated based on chlorinated dioxines, chlorinated furanes traces and others detectable compounds that apear on the waste gases from incinerators. The efficience of incinerators is measered by the destruction and remotion of feed in compounds (DRE - Destruction and Remotion Efficiency) and emission of products formed by incomplete combustion (ICP), e.g. Dioxinas, Furanos etc. In this work we propose the use of Fenton\'s reagent as an auxiliar oxidation system in a rotatory kiln incinerator. The aim was increase the efficience of destruction and remotion (DRE) and decrease ICP emission. Fenton\'s reaction can be defined in the equation [1]. Fe2+ + H2O2 ←→ Fe3+ + *OH + OH- [1] On acidic conditions the hydroxyl radical show oxidation potential Eo = 2,33 v. On the Fenton\'s oxidative process normaly 40 to 60 % of the carbon is converted to CO2 , depending on Fe2+ and peroxide concentration and solution\'s temperature. During the experimental step 12 samples from waste gases were taken, 6 of them using Fenton\'s treatment and other 6 without auxiliary oxidation. There were a reduction of 79 % on the emission of organic compounds and a reduction of 97 % on the emission of Polychlorinated Dioxines e Furanes (ICPs). 12 samples of industrial waste water were also treated with Fenton\'s reagent at room temperature. The results showed solvent concentration reduction from 100 % to 47 %.

Hidrogéis são materiais poliméricos com habilidade em intumescer em água e fluidos biológicos sem, contudo, se dissolver. Devido às suas propriedades de maciez e biocompatibilidade, estes materiais têm tido um crescimento enorme na área de engenharia de tecido, encapsulamento de células e liberação de drogas. Este trabalho visa a produção de hidrogéis de poli(N-vinil-2-pirrolidona) e seus copolímeros a partir de reticulações químicas. Como metodologia alternativa de produção de hidrogéis de poli(N-vinil-2-pirrolidona), foi estudada a reticulação do PVP por reação de Fenton, sendo que as concentrações dos reagentes foram avaliadas a fim de produzir um hidrogel com características semelhantes aos hidrogéis de PVP por radiação ionizante. O grande diferencial desta metodologia foi a rápida cinética de gelificação apresentada, creditanto um potencial de aplicação inédito. A partir de reticulações químicas mais brandas, foi estudada a produção de hidrogéis de copolímeros de N-vinil-2-pirrolidona e aldeídos com quitosana, e íons divalentes. Além de estudadas as propriedades relativas ao hidrogel tais como: conteúdo de gel, grau de intumescimento, cinética de reação, citotoxicidade, densidade de reticulação, massa molar média entre as ligações cruzadas e tamanho de poro. / Hydrogels are polymeric materials that have the ability to absorb water and biological fluids in their three-dimensional polymeric matrix without dissolution. Due to their interesting properties, such as softness and biocompatibility, there is a growing interest in their application in tissue engineering, cell encapsulation and drug delivery system. This work aims at the study of hydrogels from poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) and copolymers produced by chemical crosslinking methods. PVP crosslinking by Fenton reaction was studied as an alternative methodology to produce poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) hydrogels. The reagents concentrations were evaluated, in order to produce a hydrogel with the same properties of the hydrogels prepared by high energy radiation. The advantage of this methodology is its fast jellification kinetic, warranting new potential unprecedented applications. From mild chemical crosslinking methods, the production of hydrogels from copolymers of N-vinyl-2-pyrrolidone and aldehydes with chitosan, and divalent ions was studied. Hydrogels properties as: gel content, swelling ratio, reaction kinetics, cytotoxicity, crosslinking density, molecular weight and pore size were investigated.

Substâncias tóxicas como o fenol e outros compostos aromáticos dificultam o tratamento de efluentes via digestores biológicos. Estes compostos tóxicos em altas concentrações são nocivos aos lodos biológicos, podendo inviabilizar por completo o tratamento. Nas últimas décadas, os Processos Oxidativos Avançados (POAs), como os processos Fenton e foto- Fenton, surgiram como alternativa para o tratamento de compostos tóxicos. Os POAs degradam os compostos orgânicos pela geração de compostos oxidantes fortes, como o radical hidroxila, a partir de reagentes como peróxido de hidrogênio. Os processos Fenton e foto-Fenton fazem uso de ferro (II), um catalisador relativamente barato, para catalisar a decomposição do peróxido de hidrogênio, reação denominada como reação de Fenton. Em virtude dos complexos mecanismos presentes nos processos Fenton e foto-Fenton, torna-se necessária uma compreensão da cinética do processo, que envolve reações térmicas e fotoquímicas, por meio de sua modelagem matemática fenomenológica. A modelagem da degradação do fenol via processos Fenton e foto-Fenton proposta por este trabalho começa pela estequiometria dos dois processos, que descreve as reações químicas, térmicas e fotoquímicas existentes. A partir destas, é possível desenvolver o modelo cinético dos processos Fenton e foto-Fenton, no qual se determina a velocidade com que estas reações ocorrem. O passo seguinte é o da modelagem hidráulica (ou de escoamento) dos reatores de processo Fenton e foto-Fenton, sendo que para o segundo processo, o modelo deve levar em conta a propagação da radiação por dentro de reator. Foram realizados 3 experimentos de degradação de fenol via processo Fenton para análise das variações das concentrações de fenol, catecol e hidroquinona. Os dados experimentais são comparados com resultados simulados com intuito do ajuste das constantes cinéticas do modelo. Com as constantes ajustadas, são realizadas comparações entre os processos Fenton e foto-Fenton para análise de suas eficiências. A partir dos modelos matemáticos dos reatores de processos Fenton e foto-Fenton, é desenvolvido um modelo de otimização baseado em superestrutura de redes de reatores para a síntese de uma planta de tratamento de efluentes contaminados com fenol. Objetivou-se a redução dos custos de capital, operação e depreciação desta planta, sujeitos às restrições de projeto e ao modelo da superestrutura, resultando em modelos de programação não-linear inteira mista. Foram geradas soluções ótimas para o tratamento de efluentes contaminados com fenol em redes de um, dois e três reatores de POAs. / Toxic substances such as phenol and other aromatic compounds make the wastewater treatment by biological (aerobic or anaerobic) digestors more difficult. These toxic compounds in high concentrations are harmful for the biological sludge and they may render the treatment impractical. In recent decades, Advanced Oxidative Processes (AOPs) appeared as an alternative for the treatment of toxic compounds. AOPs degrade the organic compounds by generating strong oxidizing compounds, such as the hydroxyl radical, from reactants such as hydrogen peroxide. The Fenton and photo-Fenton processes make use of iron (II), a relatively inexpensive catalyst, to catalyze the hydrogen peroxide decomposition, reaction known as the Fenton reaction. Because of the complex nature of the mechanisms that take place in the Fenton and photo-Fenton processes, the understanding of the process kinetics, which involves thermal and photochemical reactions, becomes necessary through its first-principle mathematical modeling. The modeling of phenol degradation by the Fenton and photo-Fenton processes proposed in this work starts with the stoichiometry of the two processes that enumerates the existing thermal and photochemical reactions. Furthermore, it is possible to develop the Fenton and photo- Fenton kinetic model, which determines the reaction rates. The next step is to model the hydraulic (or flow) behavior of the Fenton and photo-Fenton process reactor, whereas the model for the latter must consider how the radiation propagates inside the reactor. Three experiments of the phenol degradation by the Fenton process were carried out to analyze the concentration variation for phenol, catechol and hydroquinone. The experimental data are compared with simulated results aiming the estimation of the kinetic constants of the model. Using the adjusted constants, the Fenton and photo-Fenton processes were compared to analyze their efficiencies. From the mathematical models of the Fenton and photo-Fenton process reactors, an optimization model based on reactor network superstructure is developed for the synthesis of a phenol contaminated wastewater treatment plant. The objective is to minimize the plant capital, operation and depreciation costs, subject to design constraints and to the superstructure model, thus resulting in mixed integer nonlinear programming models. Optimal solutions were generated for the phenol contaminated wastewater treatment in networks with one, two and three AOP reactors.