Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Davis.pdf: 3104669 bytes, checksum: 32c13b5a2c3fed5feb5e59355e3dbbf9 (MD5) Previous issue date: 2013-12-13 / The aim of this work was to determine the optimal conditions for the degradation of the TC, using the heterogeneous phtocatalysis with ZnO catalyst. Preliminary experiments were conducted to evaluate to efficiency of heterogeneous photocatalysis in the degradation of TC. The degradation was carried out using standard solutions of TC 30 mg L 1. The photocatalytic experiments by using a set of high-pressure mercury lamps as artificial UV irradiation source were performed in laboratory scale. As reactor operational parameters to be optimized by a 33 full factorial experimental design: hydrogen peroxide and zinc oxide as well as the initial solution pH were chosen as variables, keeping constant a reaction time of 60 min. The concentration of TC was determined by UV-Vis spectrophotometry and HPLC. Mineralization and toxicity of the treated solution by photocatalytic process were evaluated based on the total organic carbon (TOC) and antibacterial activity. Second-degree models for the degradation of TC were proposed to model the photocatalytic experiments to obtain optimum values of the reactor operating parameters. Second-degree models were also validated by ANOVA. Predicted yields showed good validation with experimental yields. The hydrogen peroxide did not influence significantly the range studied by factorial experimental design. Was necessary to perform photocatalytic experiments at lower concentrations for hydrogen peroxide. The values of the optimized reactor operational parameters were 6, 2 g L-1 and 175 mg L-1 for initial pH, oxide zinc and hydrogen peroxide concentrations, respectively, for photocatalyses heterogeneous process. Based on this optimized experimental conditions, almost 100% of TC degraded. The TOC and antibacterial activity were determined of treated solutions in optimal conditions. Only 46% of the TOC was mineralized, the remainder as intermediate molecules not presented antibacterial activity, not providing risk to the environment. / O objetivo deste trabalho é determinar as condições ótimas para a degradação da TC, utilizando a fotocatálise heterogênea com o óxido de zinco (ZnO) como catalisador. Foram realizados experimentos preliminares para avaliar a eficiência da fotocatálise heterogênea na degradação da TC. A degradação da TC foi realizada a partir de soluções padrão com a concentração de 30 mg L-1 de TC. Os experimentos foram realizados em reatores de escala laboratorial utilizando fonte de irradiação UV artificial (lâmpada de vapor de mercúrio 125 W). Os parâmetros operacionais do reator: pH inicial, concentrações de ZnO e H2O2, foram otimizados baseados na redução da concentração da TC, a partir de um planejamento fatorial 33 completo com o tempo de irradiação constante em 60 minutos. A concentração da TC foi acompanhada por espectrofotometria UV-Vis e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A mineralização da TC e a possível toxicidade do composto degradado pelo processo fotocatalítico foram avaliadas baseadas no carbono orgânico total e na análise de atividade antibacteriana. Para auxiliar na obtenção das condições ótimas dos parâmetros operacionais do reator no processo fotocatalítico as respostas experimentais para a concentração da TC foram ajustados por um modelo previsto de segunda ordem, o qual apresentou uma boa modelagem dos dados, validado pela ANOVA. Como no PEC o H2O2 não influenciou significativamente devido a faixa estudada estar acima do necessário, foi verificado a influência de cada POR em concentrações menores das estudadas no planejamento, para o H2O2 a concentração mínima foi de 100 mg L-1. Os valores ótimos operacionais do reator na degradação da TC utilizando a fotocatálise heterogênea foram: pH 6, [ZnO] 2 g L-1 e [H2O2] 175 mg L-1. Nessas condições, a degradação total da tetraciclina foi alcançada após um período de 60 minutos de reação. Com a solução degradada nessas condições, foi determinado o carbono orgânico total (COT) e realizada uma análise para verificar a atividade antibacteriana onde concluiu que embora apenas 46% do COT tenha sido mineralizado, o restante na forma de moléculas intermediárias da reação, não oferece riscos biológicos aos ecossistemas, pois não apresenta atividade antibacteriana.

Orientadores: Peterson Bueno de Moraes, Christiane de Arruda Rodrigues Ragnini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EdivaldoLuisde_M.pdf: 3079610 bytes, checksum: a78db6078a721c74f963b944bae72f47 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A sociedade e seus processos produtivos têm gerado e lançado quantidades elevadas e diversificadas de compostos orgânicos, inorgânicos e biológicos no meio ambiente. Juntamente com as emissões naturais, houve um grande acúmulo destes materiais nos diferentes compartimentos ambientais. A produção e o uso de medicamentos, como hormônios e antibióticos contribuíram muito para a ampliação deste quadro. Por serem persistentes não são totalmente metabolizados nos seres vivos e acabam sendo excretados e lançados em corpos receptores. Os mecanismos naturais de degradação e métodos de tratamento convencionais de efluentes não são suficientemente eficientes na remoção completa destes compostos; em função disso, é necessário o desenvolvimento e aplicação de tecnologias alternativas para a redução destes impactos. Entre estas tecnologias podemos citar os Processos Oxidativos Avançados (POA) que são mais eficientes para o tratamento destes tipos de efluentes. Objetivamos neste trabalho desenvolver, caracterizar e utilizar eletrodos nanoestruturados de TiO2 para a confecção de um reator fotoeletroquímico para a degradação do antibiótico amoxicilina e do citrato de sildenafil, este último, princípio ativo do medicamento Viagra®, submetidos à radiação UV e solar. Foram desenvolvidos eletrodos nanoestruturados com TiO2 sobre substrato de titânio, a partir de processos de anodização eletroquímica, na qual foram variados diferentes parâmetros que influenciaram nas características dos nanotubos de TiO2 desenvolvidos. Os nanotubos formados foram avaliados por Microscopia Eletrônica de Varredura quanto ao comprimento, espessura de parede e homogeneidade de distribuição. Testou-se contra-eletrodos de platina, Anodo Dimensionalmente Estável (ADE), níquel, aço-inoxidável 304 e 316L e obteve-se nanotubos de TiO2 com comprimentos entre 100 e 650 nm. Observou-se na maioria dos eletrodos nanoestruturados uma distribuição homogênea dos nanotubos. Visando a obtenção de nanoestruturas mais fotoativas, realizou-se cristalização por aquecimento em estufa. Na cristalização dos nanotubos, as análises de Difratometria de Raios-X evidenciaram intenso sinal no ângulo 2? próximo a 25º para todas as amostras significando que os nanotubos de TiO2 se cristalizaram na fase anatase, a qual é mais fotoativa. A degradação de amoxicilina apresentou rendimento de aproximadamente 85% em um intervalo de 4 horas de tratamento, enquanto que o rendimento na degradação do citrato de sildenafil foi de aproximadamente 88%, para um volume de amostra de 160,0 mL etanol/água destilada à 20% V/V em Na2SO4 0,1 M, concentração do fármaco de 10,0 mg L-1, lâmpada de vapor de mercúrio, WUV=13 W/m2, disposição horizontal dos eletrodos, distância de 3,0 mm entre lâmpada e ânodo de TiO2, cátodo de platina em tela, tensão de 1,5 volts, anodo de titânio nanoestruturado obtido a partir de contra-eletrodo de ADE 70%TiO2/30%RuO2 com d = 5,0 mm a 700 rpm e t = 120 min, 2 horas de tratamento. As nanoestruturas apresentaram-se com baixa resistência mecânica em relação à aplicação de valores de potencial elétrico superiores a 1,5 V. No entanto, abaixo destes valores, as estruturas de TiO2 mostraram-se altamente estáveis em relação à durabilidade. A eletrólise apresentou eficiência insignificante na degradação do fármaco citrato de sildenafil, sendo então aplicado um potencial aos eletrodos para fotoassistir ao processo fotocatalítico o qual se mostrou fortemente dependente da drenagem eletrônica / Abstract: The modern society and its production processes have generated and released high amounts of synthetic organic compounds which accumulate in different environmental compartments. The production and use of drugs such as hormones and antibiotics have greatly contributed to the expansion of this problem. Due to persistent-profile of these drugs, they are not completely metabolized and the conventional Wastewater Treatment Plants are not fully effective for the removal of these compounds. Thus, the development and application of alternative technologies is needed. In the other hand, the Advanced Oxidation Processes (AOP) has been effective for the treatment of pharmaceutical residues. This work aimed to produce, characterize and use nanostructured TiO2 electrodes and an photoelectrochemical reactor for the degradation of the antibiotic amoxicillin and sildenafil citrate, the latter, the active ingredient of Viagra©. The experiments were carried out using ultraviolet (UV) and solar radiation. Nanostructured TiO2 electrodes were developed from titanium substrate by electrochemical anodization process in which the different parameters were varied in order to verify its influence on the length, thickness and uniformity of distribution of TiO2 nanotubes formed, evaluated by Scanning Electron Microscopy. It was tested different counter-electrodes such as platinum, dimensionally stable anode (DSA), nickel, stainless-steel 304 and stainless-steel 316L and were obtained TiO2 nanotubes with lengths between 100 and 650 nm. It was observed in most nanostructured electrodes a homogeneous distribution of the nanotubes. Also, in order to obtain nanostructures more photoactive, crystallization was performed by heating in an oven. After crystallization process, analysis of X-Ray diffraction showed intense signal at 2? close to 25º for all samples, meaning that the TiO2 nanotubes were crystallized in the anatase phase which is more photoactive. Photocatalytic experiments with the Amoxicillin solution resulted in approximately 85% of degradation in 4 hours of treatment, whereas the degradation of sildenafil citrate was about 88%. The samples consisted of 160.0 mL ethanol / distilled water at 20 % V/V in 0.1 M Na2SO4, drug concentration of 10.0 mg L-1. The experimental setup consisted of a mercury vapor lamp or a solar simulator, horizontal arrangement of the electrodes and a platinum screen cathode. It was applied 1.5 volts, distance of 3,0 mm between the lamp and TiO2 nanostructured anode, obtained from the anodization using a DSA (70%TiO2/30%RuO2) counter-electrode placed at 5.0 mm, under stirring of 700 rpm over 120 minutes. The nanostructures had low strength to the application of higher electrical potential values than 1.5 V. However, below this value the TiO2 structures were more stable and with greater durability. Electrolytic process had a negligible efficiency in the degradation of sildenafil citrate; thus the applied potential was more important to help the photocatalytic process, which is strongly dependent of the electronic drainage / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia