La NADPH oxydase, Nox4, appartient à la famille des Nox qui génèrent les espèces radicalaires de l'oxygène, ROS, en transférant un électron à l'oxygène moléculaire. Malgré sa large distribution dans les tissus, Nox4 est encore mal comprise. Contrairement aux autres Nox, Nox4 est unique par son activité constitutive et sa capacité à former H2O2. Les ROS sont des espèces bactéricides dans les phagocytes et des outils de signalisation dans les cellules non phagocytaires en étant associés à de nombreuses pathologies inflammatoires et du vieillissement. Une étude de la structure en lien avec la fonction de Nox4 permettra de mettre l'accent sur un mécanisme de fonctionnement et sur de nouvelles cibles thérapeutiques. 5 nouveaux anticorps monoclonaux ont été générés contre une construction recombinante tronquée (AA: 206-578) de Nox4. La spécificité de 3 anticorps monoclonaux (8E9, 5F9, 6B11) a été confirmée par western blot dans les cellules HEK293 transfectées et le cortex de rein humain. L'anticorps 8E9 est le seul à permettre un marquage des cellules TRex-Nox4 sans perméabilisation par FACS. L'immunofluorescence confocale a montré que Nox4 est localisée dans la zone périnucléaire et le réticulum endoplasmique. La microscopie TIRF a confirmé sa présence dans la membrane plasmique. Un phénomène intéressant est que 5F9 ne détecte pas Nox4 à la membrane plasmique. L'épitope de 8E9 reconnaît une région sur la dernière boucle E extracellulaire de Nox4 (222H-E241), tandis que les anticorps monoclonaux, 6B11 et 5F9 marquent respectivement les régions 6B11 (389S-P416) et 5F9 (392D-F398). Par ailleurs, seuls 5F9 et 6B11 inhibent l'activité de Nox4, ce qui suggère que les deux régions marquées par ces ACm sont impliquées dans le transfert d'électrons. Une étude ciblée sur la boucle E de Nox4 a permis de montrer que le changement de 2 cystéines modifie la nature des ROS générés par Nox4 avec la production de O2- au lieu de H2O2. O2- est mis en évidence par la formation de peroxynitrite en présence de NO. Par ailleurs l'ACm 8E9 diminue la production de H2O2 dans les cellules COS7 qui expriment Nox4 à la membrane plasmique alors que celle de O2- est augmentée. Des constructions recombinantes de Nox4 (native ou tronquée) ont été générées par induction bactérienne, E.Coli, et par un système de transcription/traduction (RTS). Les protéines correspondantes, solubles, ont été produites à grande échelle et l'activité diaphorase mesurée; cette activité est constitutive. L'étude de la topologie membranaire de Nox4 et p22phox a été abordée en préparant des protéines de fusion avec l'ubiquitine marquée à la GFP. Cette méthode, TDUFA, particulièrement originale, devrait permettre d'appréhender la topologie de l'hétérodimère Nox4/p22phox, actif. / NADPH oxidase, Nox4, belongs to the Nox family which could generate reactive oxygen species by transferring an electron to molecular oxygen. Despite its wide distribution in tissues, Nox4 is still poorly understood. Unlike the other Noxes, Nox4 shows some unique characters: the constitutive activity, H2O2 formation. Nox4 involved ROS has been proposed to be implicated in several pathologies. Thus, to study the structure/function and the regulation of the activity of Nox4 will provide new ideas and new drug targets for the effective prevention and treatment of clinical diseases related with ROS. To know more about Nox4, in this study, 5 novel monoclonal antibodies were raised against a truncated recombinant protein (AA: 206-578) of Nox4. The specificity of 3 mAbs (8E9, 5F9, 6B11) was confirmed by western blot analysis in HEK293 transfected cells and human kidney cortex. In FACS studies, only mAb 8E9 could react with intact tet-induced T-RExTM Nox4 cells. Immunofluorescence confocal microscopy showed that Nox4 localized not only in the perinuclear and endoplasmic reticulum regions but also at the plasma membrane of the cells which was further confirmed by TIRF-microscopy. An interesting phenomena is that mAb 5F9 failed to detect Nox4 at the plasma membrane. Epitope determination showed that mAb 8E9 recognizes a region on the last extracellular loop of Nox4 (222H-E241), while mAb 6B11 (389S-P416) and 5F9 (392D-F398) are directed to its cytosolic tail. Cell-free oxidase assays showed a moderate but significant inhibition of constitutive Nox4 activity by mAb 5F9 and 6B11. To study the protein region which is responsible for the unique ability of Nox4 of releasing H2O2 rather than O2-, chimeric proteins and mutants were used. E-loop of Nox4 is 28 amino acid longer than that of Nox1 or Nox2. Deletion of E-loop amino acids only present in Nox4 or change of the two cysteines in the E-loop switch Nox4 from H2O2 to O2- generation. In the presence of a NO donor, the O2--producing Nox4 mutants, but not widetype Nox4, generated peroxynitrite, excluding artifacts of the detection systems as the apparent origin of O2-. A second approach was used to confirm the responsibility of E-loop for the H2O2 formation. In Cos7 cells, which exhibit some plasma membrane expression of Nox4, addition of the mAb 8E9 decreased H2O2 production but increased O2- formation. Unlike Nox1 or Nox2, the E-loop of Nox4 contains a highly conserved histidine H222. Mutation of H222 also switched Nox4 from H2O2 to O2- formation. The structure of the E-loop might hinder O2- egress and/or provide a source for protons to accelerate dismutation to form H2O2. Two bacterial protein expression approaches (in vitro RTS and bacterial induction) were used to produce Nox4 cytosolic tail for characterizing the electronic transfer property of Nox4. The presence of rare codons (1363AGA AGA CUA1371) and high level of hydrophobicity affects the production of soluble and active recombinant Nox4Aqc and Nox4Bqc. After optimization of the conditions, soluble and active recombinant proteins were obtained by RTS or by bacteria induction. The soluble proteins were produced in large scale, purified onto affinity chromatography and were tested for the diaphorase activity (INT and cytochrome c). Results showed that electronic acceptor cytochrome c gives a higher rate than INT. Nox4Aqc produced a lower specific activity by a cell-based system compared to the protein synthesized in cell-free technology. This activity is not stimulated by the addition of cytosolic factors. A new method, topological determination by ubiquitin fusion assay (TDUFA), was used to investigate the topology of Nox4 and p22phox. ubGFP fusion proteins are used as tools to obtain details of membrane protein topology. This method was first validated by using two membrane proteins with known topology and then should get more topology information of Nox4 and p22phox further.

Os efluentes corados ainda são um problema em estações de tratamento de esgoto. Os corantes normalmente apresentam estruturas complexas e difíceis de serem degradadas por processos convencionais, entrando no meio ambiente aquático e causando impacto visual, mudanças nas características físico-químicas da água, prejudicam a fotossíntese do meio e podem apresentar efeitos ecotóxicos. Para o tratamento de vários tipos de efluentes, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) são eficientes, rápidos e promovem uma oxidação não seletiva. Os POAs podem se tornar mais eficazes com o acoplamento de outras tecnologias, como as micro-ondas. As micro-ondas não possuem energia suficiente para quebrar as ligações intermoleculares, mas quando somadas ao processo UV/H2O2 pode haver um efeito sinérgico melhorando o desempenho do POA. Neste trabalho, buscou-se a otimização do processo UV/H2O2 acoplado às micro-ondas utilizando-se uma lâmpada de descarga sem eletrodo (LDE) de Hg e Fe. Utilizou-se um planejamento experimental para estudar a degradação de uma mistura de três corantes ácidos de classes diferentes: Acid Blue 9 (C.I. 42090, triarilmetano), Acid Red 92 (C.I. 45410, xanteno) e Acid Yellow 23 (C.I. 19140, monoazo). A variável-resposta observada foi a concentração residual dos corantes medida por CLAE. As condições ótimas para o tratamento foram: concentração inicial de peróxido de hidrogênio = 125 mg L-1, pH= 6,2 e vazão = 800 mL min-1. Em 180 min de tratamento, correspondente a 45 min de irradiação alcançou-se uma degradação de 23, 20 e 98% para AB9, AR92 e AY23 respectivamente. O modelo cinético foi de pseudo 1ª ordem para o AY23, com k = (1,7 ±0,041) × 10-2 min-1 e R² = 0,990. Não foi possível determinar a cinética de degradação do AB9 e do AR92 por causa da baixa degradação alcançada (aproximadamente uma ordem de grandeza menor). A partir das análises de espectrometria de massas, observou-se um único produto de degradação: o AY23 monohidroxilado. Esse produto não apresentou ecotoxicidade para o organismo-teste L. sativa. No entanto, ele foi tóxico para o organismo D. similis, imobilizando os microcrustáceos em todas as diluições testadas. / Colored effluents are still a problem in wastewater treatment plants. Dyes usually have complex structures that are difficult to be degraded by conventional processes, thus entering into the aquatic environment and causing visual impact, changes in the water physicochemical characteristics, impairing photosynthesis, and posing ecotoxic effects. For the treatment of various types of wastewater, the Advanced Oxidation Processes (AOP) are efficient, fast and promote non-selective oxidation. AOPs can become more effective by coupling them to other technologies, such as microwaves. Microwaves do not have enough energy to break intermolecular bonds, but when coupled to the UV/H2O2 process, there may be a synergistic effect improving the AOP performance. In this study, the UV/H2O2 process coupled to microwaves, using an Hg and Fe electrodeless discharge lamp (EDL), was optimized. An experimental design was performed to study the degradation of a mixture of three acid dyes of different classes: Acid Blue 9 (C.I. 42090 , triarylmethane), Acid Red 92 (C.I. 45410, xanthene), and Acid Yellow 23 (C.I. 19140, monoazo). The observed response variable was the residual concentration of the dyes measured by HPLC. The optimum conditions for the treatment were: initial hydrogen peroxide concentration = 125 mg L- 1, pH = 6.2, and flow rate = 800 mL min-1. In 180 min of treatment, corresponding to 45 min of irradiation, it was achieved a degradation of 23, 20, and 98% for AB9, AR92, and AY23 respectively. The AY23 degradation followed a pseudo-first-order kinetic model, with k = (1.7 ±0,041) × 10-2 min-1 and R² = 0.990. It was not possible to determine the degradation kinetics of AB9 and AR92 due to the low degradation achieved (approximately one order of magnitude lower). From mass espectrometry analyses, only one degradation product was observed: monohydroxilated AY23. That product showed no ecotoxicity towards the test-organism L. sativa. However, it was toxic towards the test-organism D. similis, immobilizing the microcrustaceans in all tested dilutions.

Agrotóxicos são frequentemente relatados na literatura em contaminações de ambientes aquáticos, sendo provenientes do lixiviamento de solos, do descarte inadequado de embalagens agrícolas, dentre outros. Nesse contexto, os processos oxidativos avançados (POA) têm sido estudados como alternativa para o tratamento desses compostos em meio aquoso. Os POA consistem na oxidação de compostos orgânicos pela formação de radicais livres com alto poder oxidante. Diante desses aspectos, o presente trabalho teve como proposta o estudo da degradação dos herbicidas hexazinona e diuron, aliada ao planejamento experimental do tipo composto central, a fim de otimizar o processo de degradação. Para tanto, realizaram-se as degradações através dos processos H2O2/UV e foto-Fenton em concentrações iniciais próximas a 7 e 20 mg L-1 para a hexazinona e diuron, respectivamente. Os experimentos foram conduzidos em um reator fotoquímico (200 mL a 25 °C) com aplicação de irradiação UV, proveniente de uma lâmpada de Hg (degradação H2O2/UV) e de luz negra (degradação foto-Fenton). No processo via H2O2/UV foram avaliadas a concentração de H2O2 (0,65 a 13,34 mmol L-1) e pH (2,77 a 11,23), e para o processo foto-Feton avaliou-se a concentração de H2O2 (0,09 a 29,1 mmol L-1) e Fe (II) (0,01 a 0,92 mmol L-1). Como variável independente, utilizou-se a remoção de Carbono Orgânico Total (COT) nos dois casos. A eficiência na degradação dos herbicidas foi determinada através das técnicas de Espectroscopia UV-Vis, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC/UV), remoção de Carbono Orgânico Total e Cromatografia de Íons. A análise dos modelos matemáticos, obtidos a partir dos planejamentos, possibilitou a avaliação da influência das variáveis, determinando as melhores condições. No processo H2O2/UV observou-se que a influência da variável H2O2 é maior comparada ao pH. A melhor condição de degradação apresentou concentrações de H2O2 iguais a 7 mmol L-1 e valores de pH de 2,8. Como resultado, obteve-se 96 % de remoção do COT e a não detecção de ambos os herbicidas após 2 minutos de reação. No processo foto-Fenton, a realização de três planejamentos foi necessária para a otimização do sistema. Primeiro e segundo planejamentos indicaram a melhor condição, enquanto que o terceiro planejamento revelou que concentrações elevadas de H2O2 e Fe2+ não garantem maior eficiência. As condições ideais encontradas foram iguais a 0,291 mmol L-1 para o Fe2+ e 2,91 mmol L-1 para o H2O2, obtendo-se 76 % de remoção do COT e não detecção dos herbicidas nos primeiros minutos de degradação. Em ambas as degradações não foi possível observar diferenças em relação a cinética de degradação para os herbicidas. A degradação via H2O2/UV mostrou melhor desempenho, pois apresentou maior taxa de mineralização além de não necessitar o emprego do íon Fe(II). / Pesticides are often reported in the literature on aquatic environments contamination, being a result of soil leaching, improper disposal of agricultural packages, among others. In this context, advanced oxidation processes (AOP) have been studied as an alternative to treat these compounds in aqueous medium. The AOP consist in the oxidation of organic compounds through the formation of free radicals with a high oxidizing power. Considering these aspects, the present work aimed to study degradation of the herbicides diuron and hexazinone, coupled with an experimental setup as central compost, in order to optimize the degradation process. For this purpose, the degradation was carried out by H2O2/UV and photo-Fenton processes at initial concentrations close to 7 and 20 mg L-1 to hexazinone and diuron, respectively. The experiments were conducted in a photochemical reactor (200 mL at 25 ° C) with application of UV irradiation from Hg lamp (H2O2/UV degradation) and black-light (photo-Fenton degradation). In the H2O2/UV process, the concentrations of H2O2 (0.65 to 13.34 mmol L-1) and pH (2.77 to 11.23) were evaluated, and in the photo-Fenton process, the concentrations of H2O2 (0.09 to 29.1 mmol L-1) and Fe (II) (0.01 to 0.92 mmol L-1) were analyzed. In both processes, the removal of Total Organic Carbon (TOC) was used as an independent variable. The efficiency of the herbicide degradation was determined by UV/Vis spectroscopy, high performance liquid chromatography (HPLC/UV), removal of the Total Organic Carbon and ion chromatography. The analysis of the mathematical models obtained from the experimental setup allowed the evaluation of the variables influence ,determining the best conditions. The H2O2/UV process showed that the influence of the H2O2 is higher compared to that of the pH. The best degradation condition presented H2O2 concentrations of 7 mmol L-1 and a pH value of 2.8. As a result, 96% TOC removal was observed, and none of the herbicides were detected after 2 minutes of reaction. In the photo-Fenton process, the conduction of three setups was necessary to confirm the best condition. The first and second setups indicated the best condition, while the third one showed that high concentrations of H2O2 and Fe2+ do not guarantee a greater degradation efficiency. Ideal conditions were equal to 0.291 mmol L-1 for Fe2+ and 2.91 mmol L-1 for H2O2, where 76% of TOC removal was obtained and also no herbicides detection was seen in the early minutes of degradation. In both processes, it was not possible to observe differences in the degradation kinetics of the herbicides. The H2O2/UV degradation showed better performance because of a greater mineralization rate besides not requiring the ion Fe (II) use.

Agrotóxicos são frequentemente relatados na literatura em contaminações de ambientes aquáticos, sendo provenientes do lixiviamento de solos, do descarte inadequado de embalagens agrícolas, dentre outros. Nesse contexto, os processos oxidativos avançados (POA) têm sido estudados como alternativa para o tratamento desses compostos em meio aquoso. Os POA consistem na oxidação de compostos orgânicos pela formação de radicais livres com alto poder oxidante. Diante desses aspectos, o presente trabalho teve como proposta o estudo da degradação dos herbicidas hexazinona e diuron, aliada ao planejamento experimental do tipo composto central, a fim de otimizar o processo de degradação. Para tanto, realizaram-se as degradações através dos processos H2O2/UV e foto-Fenton em concentrações iniciais próximas a 7 e 20 mg L-1 para a hexazinona e diuron, respectivamente. Os experimentos foram conduzidos em um reator fotoquímico (200 mL a 25 °C) com aplicação de irradiação UV, proveniente de uma lâmpada de Hg (degradação H2O2/UV) e de luz negra (degradação foto-Fenton). No processo via H2O2/UV foram avaliadas a concentração de H2O2 (0,65 a 13,34 mmol L-1) e pH (2,77 a 11,23), e para o processo foto-Feton avaliou-se a concentração de H2O2 (0,09 a 29,1 mmol L-1) e Fe (II) (0,01 a 0,92 mmol L-1). Como variável independente, utilizou-se a remoção de Carbono Orgânico Total (COT) nos dois casos. A eficiência na degradação dos herbicidas foi determinada através das técnicas de Espectroscopia UV-Vis, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC/UV), remoção de Carbono Orgânico Total e Cromatografia de Íons. A análise dos modelos matemáticos, obtidos a partir dos planejamentos, possibilitou a avaliação da influência das variáveis, determinando as melhores condições. No processo H2O2/UV observou-se que a influência da variável H2O2 é maior comparada ao pH. A melhor condição de degradação apresentou concentrações de H2O2 iguais a 7 mmol L-1 e valores de pH de 2,8. Como resultado, obteve-se 96 % de remoção do COT e a não detecção de ambos os herbicidas após 2 minutos de reação. No processo foto-Fenton, a realização de três planejamentos foi necessária para a otimização do sistema. Primeiro e segundo planejamentos indicaram a melhor condição, enquanto que o terceiro planejamento revelou que concentrações elevadas de H2O2 e Fe2+ não garantem maior eficiência. As condições ideais encontradas foram iguais a 0,291 mmol L-1 para o Fe2+ e 2,91 mmol L-1 para o H2O2, obtendo-se 76 % de remoção do COT e não detecção dos herbicidas nos primeiros minutos de degradação. Em ambas as degradações não foi possível observar diferenças em relação a cinética de degradação para os herbicidas. A degradação via H2O2/UV mostrou melhor desempenho, pois apresentou maior taxa de mineralização além de não necessitar o emprego do íon Fe(II). / Pesticides are often reported in the literature on aquatic environments contamination, being a result of soil leaching, improper disposal of agricultural packages, among others. In this context, advanced oxidation processes (AOP) have been studied as an alternative to treat these compounds in aqueous medium. The AOP consist in the oxidation of organic compounds through the formation of free radicals with a high oxidizing power. Considering these aspects, the present work aimed to study degradation of the herbicides diuron and hexazinone, coupled with an experimental setup as central compost, in order to optimize the degradation process. For this purpose, the degradation was carried out by H2O2/UV and photo-Fenton processes at initial concentrations close to 7 and 20 mg L-1 to hexazinone and diuron, respectively. The experiments were conducted in a photochemical reactor (200 mL at 25 ° C) with application of UV irradiation from Hg lamp (H2O2/UV degradation) and black-light (photo-Fenton degradation). In the H2O2/UV process, the concentrations of H2O2 (0.65 to 13.34 mmol L-1) and pH (2.77 to 11.23) were evaluated, and in the photo-Fenton process, the concentrations of H2O2 (0.09 to 29.1 mmol L-1) and Fe (II) (0.01 to 0.92 mmol L-1) were analyzed. In both processes, the removal of Total Organic Carbon (TOC) was used as an independent variable. The efficiency of the herbicide degradation was determined by UV/Vis spectroscopy, high performance liquid chromatography (HPLC/UV), removal of the Total Organic Carbon and ion chromatography. The analysis of the mathematical models obtained from the experimental setup allowed the evaluation of the variables influence ,determining the best conditions. The H2O2/UV process showed that the influence of the H2O2 is higher compared to that of the pH. The best degradation condition presented H2O2 concentrations of 7 mmol L-1 and a pH value of 2.8. As a result, 96% TOC removal was observed, and none of the herbicides were detected after 2 minutes of reaction. In the photo-Fenton process, the conduction of three setups was necessary to confirm the best condition. The first and second setups indicated the best condition, while the third one showed that high concentrations of H2O2 and Fe2+ do not guarantee a greater degradation efficiency. Ideal conditions were equal to 0.291 mmol L-1 for Fe2+ and 2.91 mmol L-1 for H2O2, where 76% of TOC removal was obtained and also no herbicides detection was seen in the early minutes of degradation. In both processes, it was not possible to observe differences in the degradation kinetics of the herbicides. The H2O2/UV degradation showed better performance because of a greater mineralization rate besides not requiring the ion Fe (II) use.

La mesure de la formation de HO2 et H2O2 lors de l’oxydation de carburant est très difficile. Par contre, elle est extrêmement importante pour déterminer l’importance relative des voies de terminaison de chaînes de R + O2 et de ramification des chaînes menant à la production des radicaux OH. Par ailleurs, ces informations sont essentielles pour améliorer les modèles cinétiques. Afin de répondre à cette demande, un nouveau dispositif expérimental a été développé dans notre laboratoire : un réacteur auto-agité par jets gazeux couplé à un détecteur cw-CRDS qui permet d’analyser en ligne des produits de combustion. Grâce à ce nouveau système, pour la première fois, HO2 a été mesuré directement lors de l’oxydation du n-butane et de l’éther di-méthylique dans un réacteur auto-agité par jets gazeux. L’échantillonnage est toujours à basse pression et les produits sont détectés dans le proche infrarouge. Toutes nos expériences ont été réalisées à pression atmosphérique dans le domaine de température 500-900 K. Les produits de combustion mesurés sont CH2O, H2O2, HO2, C2H4 et H2O. Nos résultats expérimentaux ont été utilisés pour tester des modèles cinétiques issus de la littérature que nous avons analysés en menant des analyses de sensibilité et de voies réactionnelles. / Measuring the formation of HO2 and H2O2 from the oxidation of fuels is challenging but extremely important for determining their tendency to follow chain-termination pathways from R+O2 compared to chain-branching leading to the production of OH radicals. Furthermore, such data are vital for improving existing detailed chemical kinetics models. In order to meet these requirements, a new experimental setup has been developed in our laboratory: a jet-stirred reactor coupled with the cw-CRDS, which allows analyzing online combustion products. Thanks to this new system, for the first time, HO2 was measured directly during the oxidation of n-butane and dimethylether in a jet-stirred reactor. The sampling is always in vacuum and the species were detected at near infrared. All of our experiments were carried out at atmospheric pressure and in the range of temperature between 500 K to 900 K. The combustion products measured were CH2O, H2O2, HO2, C2H4, and H2O. Our experimental results were used to test published kinetic models that were analyzed by performing sensitivity and reaction paths analyzes.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Coelho dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2016. / Esta tese descreve um estudo comparativo entre diferentes processos oxidativos avançados na degradação do antibiótico ciprofloxacino. Inicialmente, foi feita a preparação e a caracterização de eletrocatalisadores nanoestruturados baseados em estanho e níquel, preparados pelo método dos precursores poliméricos e suportados em Vulcan XC72R. O objetivo foi o de avaliar a atividade catalítica destes materiais na reação de redução de oxigênio (RRO) pelo mecanismo de 2 elétrons, no sentido da formação de H2O2, para posteriormente empregá-los na degradação do fármaco. Foram estudadas quatro proporções em massa de metais em carbono: 3%, 6%, 9% e 13%, sendo que os materiais binários foram preparados variando-se as proporções atômicas de Sn e Ni em 6:1, 3:1, 1:1, 1:3 e 1:6, respectivamente, para cada percentual testado. Dos resultados, concluiu-se que o material de SnNi/C 9% 6:1 foi o mais promissor, transferindo 2,2 elétrons na RRO e produzindo 88% de H2O2, enquanto que o carbono Vulcan eletrogerava apenas 63%. Foi então preparado um eletrodo de difusão gasosa (EDG) baseado no melhor material, a fim de se quantificar a sua produção de H2O2 in situ e verificou-se que o mesmo era capaz de gerar 275 mg L-1 de H2O2, uma quantidade três vezes maior à gerada pelo carbono (83 mg L-1). O EDG de material nanoparticulado foi empregado na degradação de 350 mL de uma solução de ciprofloxacino (0,245 mmol L-1) em meio ácido, apresentando uma mineralização de 80% do composto após 360 minutos de tratamento pelo processo fotoeletro-Fenton. A segunda parte envolveu um sistema que contava também com a atuação de um anodo; assim, promoveu-se a oxidação direta e a indireta simultaneamente em uma célula eletroquímica com 100 mL de solução do antibiótico (0,245 mmol L-1), em 0,05 mol L-1 de Na2SO4, pH 3,0, por oxidação eletroquímica. As eletrólises foram realizadas sob agitação constante, utilizando um anodo de diamante dopado com boro (DDB) ou de platina e um cátodo de difusão gasosa de carbono. Nos processos Fenton, o ciprofloxacino foi rapidamente degradado devido à reação com os radicais hidroxila formados no meio reacional. A maior taxa de mineralização do antibiótico foi alcançada pelo processo fotoeletro-Fenton solar com o anodo de DDB, com 95% de incineração após 360 minutos de tratamento. A identificação dos intermediários primários e derivados hidroxilados por LC-MS permitiu a proposta de um mecanismo de reação para a mineralização do fármaco. Um comportamento diferente foi observado quando a mesma concentração de ciprofloxacino foi oxidada em uma matriz de urina sintética com elevado teor de ureia e uma mistura de íons PO43-, SO42- e Cl-. A reação de Fenton foi inibida neste meio e apenas os processos de oxidação eletroquímica e oxidação eletroquímica com H2O2 eletrogerado/com cátodo de aço inoxidável foram eficientes na mineralização, sendo que as fases orgânicas foram degradadas principalmente pelo HClO, formado a partir do cloreto. O processo utilizando o anodo de DDB e o cátodo de aço inoxidável foi o tratamento que apresentou maior eficácia na matriz de urina, removendo 96% do ciprocloxacino e mineralizando 98% de compostos orgânicos após 360 minutos de eletrólise, em densidade de corrente de 66,6 mA cm-2. / This thesis describes a comparative study of different methods in the degradation of the antibiotic ciprofloxacin. Initially, were carried out the preparation and characterization of nanostructured electrocatalysts based on tin and nickel, prepared by the polymeric precursor method and supported on Vulcan XC72R. The objective was to evaluate the catalytic activity of these materials in the ORR mechanism 2 electrons towards H2O2 formation, to later use them in drug degradation. Were studied four proportions by mass of metals on carbon: 3%, 6%, 9% and 13%, and that the binary materials were prepared by varying the atomic proportions of Sn and Ni in 6:1, 3:1, 1:1, 1:3 and 1:6, respectively for each percentage tested. The results showed that the material SnNi/C 9% 6:1 was the most promising transferring 2.2 electrons in RRO and producing 88% of H2O2, whereas Vulcan carbon electrogenerated only 63%. It was prepared a gas diffusion electrode (GDE) of the best material in order to quantify its production of H2O2 in situ and found that it was able to generate 275 mg L-1 of H2O2, an amount three times that generated by the carbon (83 mg L-1). The GDE based on the nanoparticulated material was used in the degradation of 350 mL of a ciprofloxacin solution (0.245 mM) in an acidic medium, having a mineralization of 80% after 360 minutes of the treatment with fotoeletro-Fenton process. The second part involved a system that also had the action of an anode, thereby direct and indirect oxidation were promoted simultaneously in a stirred tank reactor with 100 mL of antibiotic solution (0.245 mM) in 0.05 M Na2SO4 at pH 3.0 has also been studied by electrochemical oxidation. The electrolyses were carried out under constant agitation using a boron doped diamond (BDD) or a platinum anode and a carbon air-diffusion cathode. In Fenton processes, ciprofloxacin was rapidly removed due to its oxidation with hydroxyl radicals formed in the reaction medium. The larger electrochemical incineration of the antibiotic was achieved by solar photoeletro-Fenton with the anode BDD with 95% mineralization after 360 minutes of treatment. Up to 10 primary intermediates and 11 hydroxylated derivatives were identified by LC-MS allowing the proposal of a reaction equence for ciprofloxacin mineralization. A different behavior was found when the same antibiotic concentration was oxidized in a synthetic urine matrix with a high urea content and a mixture of PO43-, SO42- and Cl- ions. Since Fenton's reaction was inhibited in this medium, only the electrochemical oxidation processes and electrochemical oxidation with H2O2 electrogenerated with a stainless steel cathode were useful for mineralization, being the organic mainly degraded by HClO formed from Cl- oxidation. The electrochemical oxidation process with a BDD/stainless steel cell was found to be the most powerful treatment for the urine solution, yielding 96% ciprofloxacin removal and 98% mineralization after 360 minutes of electrolysis at optimum values of pH 3.0 and current density of 66.6 mA cm-2.

A indústria têxtil utiliza grandes quantidades de água e como consequência gera efluente que apresenta um alto potencial de impacto ambiental. Este trabalho teve como objetivo o tratamento de efluentes têxteis produzidos com corantes reativos por processo de oxidação avançada H2O2/UV, os efluentes foram produzidos em laboratório segundo as condições de processos industriais e foram utilizados nos estudos de reuso em um novo processo de tingimento. Foram produzidos efluentes através dos tingimentos com três corantes reativos um amarelo Drimaren Cl-2R um vermelho Drimaren Cl-5B e um azul Drimaren, na concentração de 1,1% individualmente e em conjunto, compondo uma tricromia a 1,2%. Foram adicionados 14,71 mmol. L-1 peróxido de hidrogênio nas amostras residuais de efluentes e estas foram colocadas no reator de fotodegradação com radiação UV, foram utilizados como fonte de irradiação três lâmpadas de 6 Watts capazes de emissão de UV 1,7 Watts. As amostras foram coletadas e analisadas em intervalos de até 270 minutos de irradiação. Este processo foi executado em três faixas de pH diferentes, 4,0; 7,0 e 11,0, sendo que no pH 4,0 o processo foi mais eficiente com resultados de remoção de cor superiores a 91,12 ± 3,09%. Estas águas de reuso foram utilizadas para novos tingimentos nas mesmas condições e analisadas por meio de colorimetria resultando em valores de E menores que 0,62. Foram realizadas analises de carbono orgânico total (COT), as quais também corroboraram com os resultados anteriores, uma vez que demonstram que existe redução da carga orgânica de até 43,22%. Foram realizadas medições de condutividade dos banhos e assim foi possível fazer a correção de cloreto de sódio nos banhos dos processos de tingimentos posteriores, permitindo assim a redução da adição de cloreto de sódio nos banhos. / The textile industry uses big quantities of water and normally as consequence the effluent has a high environmental impact. This study aimed treat textile effluents produced with reactive dyes by advanced H2O2 / UV oxidation process, the effluents were produced in the laboratory under conditions of industrial processes and have been used in studies of reuse in a new dying process. The effluents were produced by dying with three reactive yellow Drimaren dye CL 2R, red Drimaren CL 5B and blue Drimaren HF-RL in concentration of 1.1% individually and in combination, comprising a trichromy of 1.2%. In the waste effluent was added 14.71 mmol.L-1 hydrogen peroxide and these samples were placed on a photodegradation reactor where was used three lamps 6 Watts UV able to emit 1.7 Watts each of them. The samples were collected and analyzed at intervals of up to 270 minutes of irradiation. This process was performed in three different pH ranges, 4,0; 7,0 and 11,0, and at pH 4,0 the process was more efficient with color removal rate higher than 91,12 ± 3,09%.%.This reuse water has been used for new dying under the same conditions and analyzed through colorimetry resulting in lower E values than 0.62. The total organic carbon analysis (TOC), which also corroborate the previous results, since it shows that there is a reduction of the organic load of up to 43.22%. The bath conductivity measurements were carried out and it was possible to make the adjustment of sodium chloride in the further dying processes allowing the reduction of sodium chloride added in the baths.

Slutförvaring av använt kärnbränsle måste vara säker under 100 000 år eller mer för att förhindra att miljön skadas och att människor påverkas av långlivade radionuklider. Även om anläggningar för geologiskt djupförvar är utformade för att vara hållbara i många år, kan använt kärnbränsle komma i kontakt med grundvattnet i händelse av att flera barriärer brister. Det använda kärnbränslets inneboende radioaktivitet orsakar radiolys av inträngande grundvatten som producerar oxiderande och reducerande ämnen. Bland de radiolysprodukter som bildas rapporteras väteperoxid (H2O2) som en av de främsta orsakerna till oxidativ upplösning av bränslematrisen, UO2. Även om UO2 har låg löslighet i anoxiskt grundvatten, har oxiderad UO2, UO22+, flera storleksordningar högre löslighet. Detta utgör en risk för att radionukliderna släpps ut i miljön. Bikarbonat (HCO3-) är en av de viktigaste komponenterna i grundvatten och är känd för att öka upplösningen av UO22+. I denna studie undersöktes därför effekterna av HCO3- koncentrationen på den oxidativa upplösningen av UO2 genom att hålla den ursprungliga mängden H2O2 konstant på 0,2 mM och ändra HCO3- koncentrationen (1 mM, 2 mM, 5 mM och 10 mM). Dessutom undersöktes effekten av UO22+ på specieringen av H2O2 genom att tillsätta uranylnitrat (UO2(NO3)2 x 6H2O) till systemen innan de exponerades för H2O2. Specieringens inverkan på kinetiken för oxidativ upplösning av UO2 analyserades. Som ett resultat av experimenten har man dragit slutsatsen att mängden upplöst UO22+ är högre vid högre HCO3- koncentration. Dessutom minskar upplösningshastigheten för UO22+ med initial tillsats av UO22+ på grund av de komplex som bildas i systemen. Det observerades att oxidation av UO2 är den hastighetsbegränsande reaktionen i början av exponeringen, och att upplösningen av UO22+ därför fördröjs. Å andra sidan har man sett att bristen på HCO3- begränsar systemens upplösningsförmåga. Fri H2O2 är den dominerande formen av peroxid i systemen utan initialt tillsatt UO22+, medan -6 och -2 laddade komplex är dominerande i systemen med initialt tillsatt UO22+. H2O2-komplexen är mer effektiva på ytmekanismen i de system som har lägre HCO3- koncentration. Det finns ingen observerbar trend i H2O2-förbrukningshastigheten med avseende på HCO3-koncentrationen. Därför drogs slutsatsen att H2O2-förbrukningen är oberoende av upplösningsreaktionen. Slutligen följer upplösningen i systemet utan ursprungligt tillsatt UO22+ första ordningens kinetik med avseende på HCO3- koncentrationen. / Disposal of spent nuclear fuels is of great importance to prevent the environment and humans from being affected by long-lived radionuclides for 100,000 years or more. Even though the deep geological repositories are designed to remain durable for many years, spent nuclear fuel may come in contact with groundwater in case of a multi-barrier failure. The inherent radioactivity of spent nuclear fuel causes water radiolysis producing oxidizing and reducing agents. Among the radiolysis products, hydrogen peroxide (H2O2) is reported as a primary contributor to the oxidative dissolution of the fuel matrix, UO2. Although UO2 has low solubility in water, oxidized UO2, UO22+ , has several orders of magnitude higher solubility. This poses the risk of the radionuclides being released into the environment. Bicarbonate (HCO3–) is one of the main components of groundwater and is known to increase the dissolution of UO22+. Therefore, in this study, the effects of HCO3– concentration on the oxidative dissolution of UO2 were investigated by keeping the initial amount of H2O2 constant at 0.2 mM and changing the HCO3– concentration (1 mM, 2 mM, 5mM, and 10 mM). Besides, the effect of UO22+ on the speciation was investigated by adding uranyl nitrate (UO2(NO3)2 x 6H2O) to the systems before exposure to H2O2. The impact of speciation on the kinetics of oxidative dissolution of UO2 was analyzed. As a result of experiments, it has been concluded that the amount of dissolved UO22+ is higher in higher HCO3– concentration. Also, the rate of the UO22+ dissolution decreases with addition of UO22+ due to the complexes formed in the systems. It was observed that oxidation of UO2 is the rate limiting reaction atthe beginning of the exposure; therefore, there is a delay in the UO22+ dissolution. On the other hand, it has been seen that the HCO3– deficiency limits the dissolution capacity of the systems. Free H2O2 is the dominant peroxide species in the systems without initially added UO22+ , while -6 and -2 charged complexes are dominant in the systems with initially added UO22+. The H2O2 complexes are found more effective on the surface mechanism in the systems having lower HCO3– concentration. There is no observable trend in H2O2 consumption rate with respect to HCO3– concentration. Therefore, it was concluded that the H2O2 consumption rate is independent of dissolution reaction. Finally, the dissolution in the system without initially added UO22+ follows the first-order kinetics with respect to HCO3– concentration.

[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.

Os processos oxidativos avançados são promissores para a degradação de compostos orgânicos resistentes aos tratamentos convencionais, como o fenol. A fluidodinâmica computacional (CFD) tornou-se uma poderosa ferramenta para analisar processos fotoquímicos por resolver os balanços acoplados de quantidade de movimento, de massa e de radiação. O objetivo deste trabalho é investigar o processo UV/H2O2 num reator fotoquímico anular usando CFD e um modelo cinético mais realista. O modelo em CFD foi criado de forma progressiva. Inicialmente, foram determinados os campos de velocidade para três vazões (30, 60 e 100 L/h). Considerou-se dois diâmetros de lâmpada para reproduzir a configuração experimental do sistema. A discretização foi feita com malhas tetraédricas variando entre 390 000 e 1 200 000 elementos. Quatro modelos de turbulência RANS foram analisados: k-e, k-w, o shear stress transport (SST) e o modelo de tensões de Reynolds (RSM). O campo de velocidades foi validado comparando a DTR com seu levantamento experimental. A próxima etapa foi incluir o mecanismo de degradação de fenol proposto por Edalatmanesh, Dhib e Mehrvar (2008) no modelo em CFD. Trata-se de um modelo cinético baseado em equações dinâmicas para todas as espécies. O campo de radiação foi calculado pelo modelo radial e pela solução da equação de transporte de radiação através do método discrete transfer. As simulações reproduziram dados experimentais abrangendo uma larga gama de concentrações iniciais de fenol, razões molares H2O2/fenol e três potências de emissão das lâmpadas. O campo de velocidades obtido era dependente da vazão: o fluido pode manter movimento helicoidal sobre toda a extensão do reator ou se desenvolver como um escoamento pistonado. O modelo k-e não reproduziu bem o escoamento por não ser adequado para escoamentos rotativos. Os outros modelos geraram curvas de DTR com bom ajuste aos dados experimentais, especialmente o modelo k-w. O desvio médio entre as simulações de degradação de fenol e os dados experimentais é inferior a 8%. Verificou-se que, devido ao escoamento rotativo, os reagentes ficavam concentrados próximos à parede externa e migravam para a região da lâmpada ao longo do reator. A elevada intensidade de radiação na superfície da lâmpada criou uma camada ao seu redor na qual a fotólise do H2O2 ocorreu com grande taxa. Os radicais OH gerados nessa camada eram transportados para a região das paredes por convecção. Isso fez com que a maior parte do fenol fosse atacada na segunda metade do reator e gerou acúmulo do radical próximo à lâmpada na seção de saída do reator, já que o poluente já fora oxidado nessa área. O método discrete transfer previu intensidades de radiação maiores que o modelo radial, e, consequentemente, maior concentração de radicais OH. Os resultados satisfatórios indicam que CFD foi uma ferramenta adequada para analisar este escoamento reativo. / Advanced oxidation processes are a promising technology for degradation of organic compounds resistant to conventional treatments such as phenol. Computational fluid dynamics (CFD) has recently emerged as a powerful tool that allows a deeper understanding of photochemical processes in reactor engineering by solving the coupled momentum, mass and radiation balances. This work aimed to investigate the UV/H2O2 process in an annular photoreactor using CFD and a more realistic kinetic model. A progressive approach was used to develop the CFD reactor model. First, the velocity fields were determined for three volumetric flow rates (30, 60 and 100 L/h). Two lamp diameters were considered to reflect the experimental configuration of the system. Tetrahedral meshes varying form 390,000 to 1,200,000 elements were analyzed to achieve grid independence. For accounting turbulence effects, four RANS models were tested: k-e, k-w, the Shear Stress Transport (SST) and the Reynolds Stress models (RSM). The velocity field was validated through comparison to RTD experimental data. Next step was introducing the mechanism of phenol degradation proposed by Edalatmanesh, Dhib and Mehrvar (2008) into the CFD model. This kinetic model is based on dynamic equations for all species. The fluence rate field was calculated by the radial model and by solving the radiation transport equation with the discrete transfer method. Simulations reproduced experimental data spanning a wide range of initial phenol concentrations, H2O2/phenol molar ratios and three values for lamp power. It was found that the velocity field depends on the volumetric flow rate: either it maintains a swirling motion through the whole reactor or might develop like a plug flow. The k-e model did not represent the RTD data accurately, and the velocity field therefore, since it is not appropriate for swirling flows. The other turbulence models showed good match of RTD, especially the k-w model. Simulations of phenol degradation deviated less than 8% from experimental data. It was possible verified that, due to the swirling inlet effects, reactants got concentrated close to the outer wall and migrated on the lamp direction along the reactor path. High radiation intensities close to the lamp surface created a layer around it where photolysis of H2O2 took place with higher rates. OH radicals were generated in that layer and transported towards the outer wall by convection. This caused most of phenol to be consumed in the second half of the reactor and accumulation of the radical near the lamp and the reactor outlet, since the pollutant in this area was already oxidized. The discrete transfer method predicted higher incident radiation intensity than the radial model, and higher concentrations of OH radicals as a consequence. Satisfactory results indicated that CFD was an appropriate tool for analyzing this reactive flow.