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Thyroid Endocrine Disruption of Propylparaben Assessed Using an Optimized Individual Xenopus tropicalis Metamorphosing Tadpole Exposure System

Pohl, Johannes January 2015 (has links)
The anuran Xenopus tropicalis tadpole is an attractive model animal in toxicological evaluation of suspected thyroid disrupting xenobiotics. Due to its reliance of a functioning hypothalamic-pituitary-thyroid (HPT) axis for normal metamorphosis, effects on the HPT axis produces apical endpoints, which are easy to measure. More sensitive endpoints of mRNA expression and histological evaluation of the thyroid gland itself provide strong indications of in vivo thyroid endocrine disruption. X. tropicalis is traditionally exposed in groups of 20 animals in four replicates for each treatment group. However, exposing tadpoles individually can provide stronger statistics and a reduction of total animal sacrifice. In this study we have developed and optimized an individual exposure system by a method development study. This method was then applied in an exposure experiment of a suspected thyroid endocrine disruptor, propylparaben (PrP). Prometamorphotic (NF stage 51) X. tropicalis tadpoles were distributed in three treatment groups (0.05, 0.5 and 5.0 mg PrP/L water) and maintained semi-statically for 14 days. Afterwards, apical measurements (body weight (BW), total body length (BL), snout to vent length (SVL) and hind limb length (HLL)) and reached developmental stage were assessed. In addition, mRNA expression of HPT axis relevant genes encoding deiodinase 2 (D2, hepatic tissue), deiodinase 3 (D3, hepatic and tail tissue) and transthyretin (Ttr, hepatic tissue) were measured by quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR). The PrP exposure did not affect general growth and development, but it did cause a downregulation of dio3 and ttr. The downregulation of dio3 could possibly be associated with a reduced serum content of thyroid hormone, while ttr might be connected to a previously described xenoestrogenic effect of PrP in vitro and in fish.
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Degradação de metilparabeno e propilparabeno pelo processo foto-Fenton solar / Methylparaben and propylparaben degradation by solar photo-Fenton process

Araujo, Rodrigo Rossi de 23 February 2018 (has links)
Neste trabalho, utilizou-se um Processo Oxidativo Avançado (POA) para a degradação de uma solução aquosa contendo uma mistura de metilparabeno e propilparabeno (50 μg L-1 cada). O processo estudado foi o foto-Fenton solar, em um reator do tipo CPC operado no modo batelada com reciclo total. As condições operacionais foram otimizadas por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), sendo elas: 771,6 μg H2O2 L-1, 65,3 μg Fe3+ L-1 e vazão 0,9 L min-1. O pH foi fixado em 2,5. A determinação das concentrações dos analitos foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a um Detector de Arranjo de Diodos (CLAE-DAD), tendo sido monitorado o comprimento de onda 258 nm. Utilizou-se como técnica extratora e de pré-concentração a Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (MELLD), sendo o n-octanol o solvente extrator e a acetona o solvente dispersivo. Avaliou-se a cinética de degradação do processo otimizado (em triplicata), obtendo-se uma degradação > 99% em 50 min. As constantes de taxa (em função da dose de energia, unidades m² kW-1) foram 1,2 ± 0,034 (R² = 0,987) e 1,1 ± 0,042 (R² = 0,979) para o metilparabeno e o propilparabeno, respectivamente. O efluente do reator mostrou-se biologicamente inativo, tendo sido testadas sua ecotoxicidade (Lactuca sativa) e sua atividade antimicrobiana (Escherichia coli). / In this work, an Advanced Oxidation Process (AOP) was used for the degradation of aqueous methylparaben and propylparaben (50 μg L-1 each). The studied process was the solar photo-Fenton reaction, using a CPC-type reactor, which was operated in batch mode with total recycle. The experimental conditions were optimized using the Response Surface Methodology (RSM) and the obtained results were: 771.6 μg H2O2 L-1, 65.3 μg Fe3+ L-1, and flow rate 0,9 L min-1. The solution pH was set at 2.5. The analytes concentration were determined by High Efficiency Liquid Chromatography coupled to a Diode-Array Detector (HPLC-DAD), monitoring the 258 nm wavelength. The Dispersive Liquid-Liquid Extraction was used as a pre-concentration and extraction technique before injection, whereas n-octanol was the extraction solvent and acetone was the dispersive one. The optimized degradation process kinetics was assessed (triplicate) and more than 99% degradation was obtained after 50 min. The rate constants (normalized by the energy dose, m2 kW-1 units) were 1.2 ± 0.034 (Rsup>2 = 0.987) and 1.1 ± 0.042 (R2 = 0.979) for methylparaben and propylparaben, respectively. The reactor effluent was biologically inactive, regarding its ecotoxicity (Lactuca sativa) and antimicrobial activity (Escherichia coli).
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Avaliação dos efeitos dos parabenos sobre organismos aquáticos e comparação de sensibilidade de espécies / Ecotoxicological effects of parabens on aquatic organisms and comparison of species sensitivity

Spadoto, Mariângela 05 June 2017 (has links)
Os parabenos são conservantes utilizados em alimentos, fármacos, cosméticos e produtos de cuidado pessoal. Pertencem à família de ésteres do ácido p-hidróxibenzoico, distinguindo-se entre si pelo comprimento e ramificação da cadeia lateral alquílica. Nesse contexto, o objetivo principal dessa tese foi avaliar os efeitos dos dois parabenos mais frequentemente utilizados (metilparabeno e propilparabeno) sobre diferentes espécies de ambientes aquáticos. Para isso, inicialmente, foram realizados testes de toxicidade de curta duração com cinco espécies de organismos de diferentes grupos taxonômicos e funcionais, sendo quatro delas de regiões tropicais (Ceriodaphnia silvestrii, Chironomus xanthus, Macrothrix flabelligera e Hydra viridissima) e uma pertencente às regiões temperadas (Hydra attenuata). Os resultados obtidos nesses testes foram comparados com os resultados de literatura aberta, mostraram que Ceriodaphnia silvestrii (MeP CE50=7,56 mgL e PrP, CE50=2,90 mgL) e Macrothrix flabelligera apresentaram-se mais sensíveis em comparação aos organismos padrão de clima temperado. Num segundo momento, foram realizados testes de toxicidade com sete espécies de fungos hifomicetos aquáticos (Articulospora tetracladia Ingold, Flagellospora curta Webster, Heliscus lugdunensis Sacc. & Thérry, Lemonniera aquatica Wildeman, Lemonniera pseudofloscula Dyko et al., Tetracladium apienses R.C. Sinclair & Eicker, Tetracladium marchalianum Wild.) expostas ao conservante propilparabeno, por possuir maior ação antifúngica. Lemonniera aquatica apresentou maior sensibilidade ao propilparabeno, sendo o mais sensível de todos os fungos testados, bem como dos demais organismos aquáticos reportados na literatura. Além de confirmarem que os parabenos representam risco ecológico potencial para os ambientes aquáticos, os resultados obtidos permitiram concluir que há diferenças de sensibilidade entre as espécies tropicais e temperadas e, por isso, as espécies nativas são mais indicadas para se avaliar os efeitos tóxicos dos parabenos nos ambientes. Dada a presença e persistência dos compostos estudados por entrada contínua no ambiente, a magnitude das concentrações determinadas (ng L-1 e μg L-1), a carência de informações relativas à toxicidade e ao risco que representam para os ecossistemas tropicais, incluindo os do Brasil, sugere-se a implantação pelas agências reguladoras de medidas mais restritivas para o uso desses conservantes, visando uma melhor proteção da biota aquática. / Parabens are preservatives used in foods, pharmaceuticals, cosmetics and personal care products. They belong to the family of esters of p-hydroxybenzoic acid, distinguishing each other by the length and branching of the alkyl side chain. The main objective of this thesis was to evaluate the effects of the two most commonly used parabens, methylparaben and propylparaben, on aquatic species. For this purpose, short-term toxicity tests were initially carried out on five species of organisms from different taxonomic and functional groups: four of them from tropical regions, Ceriodaphnia silvestrii, Macrothrix flabelligera, Chironomus xanthus and Hydra viridissima, and one belonging to temperate regions, Hydra attenuata. The results obtained in these tests were compared with the results of the open literature, showing that Ceriodaphnia silvestrii (MeP, EC50 = 7.56 mg L-1 and PrP, EC50 = 2.90 mg L-1) and Macrothrix flabelligera (MeP, EC50 = 8.04 mg L-1 and PrP, EC50 = 3.85 mg L-1) were more sensitive compared to the standard organisms of temperate climate. Secondly, toxicity tests were performed with seven species of aquatic hyphomycetes fungi and only with the preservative propylparaben, because they have a higher antifungal action: Articulospora tetracladia Ingold, Flagellospora curta Webster, Heliscus lugdunensis Sacc. & Thérry, Lemonniera aquatica Wildeman, Lemonniera pseudofloscula Dyko et al., Tetracladium apienses R.C. Sinclair & Eicker, Tetracladium marchalianum Wild. Lemonniera aquatica showed greater sensitivity to propylparaben (EC50 = 1.63 mg L-1), being more sensitive than all fungi, as well as other aquatic organisms. Thus, the results obtained in the present thesis indicate that there is a difference in sensitivity between tropical and temperate species when exposed to parabens, with tropical native species being more sensitive to the effects of these compounds. Given the presence and persistence of the compounds studied by continuous entry into the environment, the magnitude of the concentrations determined (ng L-1 and μg L-1), the lack of toxicity and risk information for tropical ecosystems, including Brazil, it is suggested that regulatory agencies implement more restrictive measures for the use of these preservatives, aiming at a better protection of the aquatic biota.
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Degradação de metilparabeno e propilparabeno pelo processo foto-Fenton solar / Methylparaben and propylparaben degradation by solar photo-Fenton process

Rodrigo Rossi de Araujo 23 February 2018 (has links)
Neste trabalho, utilizou-se um Processo Oxidativo Avançado (POA) para a degradação de uma solução aquosa contendo uma mistura de metilparabeno e propilparabeno (50 μg L-1 cada). O processo estudado foi o foto-Fenton solar, em um reator do tipo CPC operado no modo batelada com reciclo total. As condições operacionais foram otimizadas por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), sendo elas: 771,6 μg H2O2 L-1, 65,3 μg Fe3+ L-1 e vazão 0,9 L min-1. O pH foi fixado em 2,5. A determinação das concentrações dos analitos foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a um Detector de Arranjo de Diodos (CLAE-DAD), tendo sido monitorado o comprimento de onda 258 nm. Utilizou-se como técnica extratora e de pré-concentração a Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (MELLD), sendo o n-octanol o solvente extrator e a acetona o solvente dispersivo. Avaliou-se a cinética de degradação do processo otimizado (em triplicata), obtendo-se uma degradação > 99% em 50 min. As constantes de taxa (em função da dose de energia, unidades m² kW-1) foram 1,2 ± 0,034 (R² = 0,987) e 1,1 ± 0,042 (R² = 0,979) para o metilparabeno e o propilparabeno, respectivamente. O efluente do reator mostrou-se biologicamente inativo, tendo sido testadas sua ecotoxicidade (Lactuca sativa) e sua atividade antimicrobiana (Escherichia coli). / In this work, an Advanced Oxidation Process (AOP) was used for the degradation of aqueous methylparaben and propylparaben (50 μg L-1 each). The studied process was the solar photo-Fenton reaction, using a CPC-type reactor, which was operated in batch mode with total recycle. The experimental conditions were optimized using the Response Surface Methodology (RSM) and the obtained results were: 771.6 μg H2O2 L-1, 65.3 μg Fe3+ L-1, and flow rate 0,9 L min-1. The solution pH was set at 2.5. The analytes concentration were determined by High Efficiency Liquid Chromatography coupled to a Diode-Array Detector (HPLC-DAD), monitoring the 258 nm wavelength. The Dispersive Liquid-Liquid Extraction was used as a pre-concentration and extraction technique before injection, whereas n-octanol was the extraction solvent and acetone was the dispersive one. The optimized degradation process kinetics was assessed (triplicate) and more than 99% degradation was obtained after 50 min. The rate constants (normalized by the energy dose, m2 kW-1 units) were 1.2 ± 0.034 (Rsup>2 = 0.987) and 1.1 ± 0.042 (R2 = 0.979) for methylparaben and propylparaben, respectively. The reactor effluent was biologically inactive, regarding its ecotoxicity (Lactuca sativa) and antimicrobial activity (Escherichia coli).
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Fotochemická degradace parabenů

FREJLACHOVÁ, Kristýna January 2017 (has links)
The aim of this master thesis was to investigate a photochemical degradation of three representatives of parabens (methylparaben, ethylparaben and propylparaben) in aqueous solutions. Two experimental arragements were adopted in the study: a heterogeneous photocatalytic process on an immobilized TiO2 and a reaction in a homogeneous mixture; in the latter arrangement, the effect of Fe(III) concentrations was examined.
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Avaliação dos efeitos dos parabenos sobre organismos aquáticos e comparação de sensibilidade de espécies / Ecotoxicological effects of parabens on aquatic organisms and comparison of species sensitivity

Mariângela Spadoto 05 June 2017 (has links)
Os parabenos são conservantes utilizados em alimentos, fármacos, cosméticos e produtos de cuidado pessoal. Pertencem à família de ésteres do ácido p-hidróxibenzoico, distinguindo-se entre si pelo comprimento e ramificação da cadeia lateral alquílica. Nesse contexto, o objetivo principal dessa tese foi avaliar os efeitos dos dois parabenos mais frequentemente utilizados (metilparabeno e propilparabeno) sobre diferentes espécies de ambientes aquáticos. Para isso, inicialmente, foram realizados testes de toxicidade de curta duração com cinco espécies de organismos de diferentes grupos taxonômicos e funcionais, sendo quatro delas de regiões tropicais (Ceriodaphnia silvestrii, Chironomus xanthus, Macrothrix flabelligera e Hydra viridissima) e uma pertencente às regiões temperadas (Hydra attenuata). Os resultados obtidos nesses testes foram comparados com os resultados de literatura aberta, mostraram que Ceriodaphnia silvestrii (MeP CE50=7,56 mgL e PrP, CE50=2,90 mgL) e Macrothrix flabelligera apresentaram-se mais sensíveis em comparação aos organismos padrão de clima temperado. Num segundo momento, foram realizados testes de toxicidade com sete espécies de fungos hifomicetos aquáticos (Articulospora tetracladia Ingold, Flagellospora curta Webster, Heliscus lugdunensis Sacc. & Thérry, Lemonniera aquatica Wildeman, Lemonniera pseudofloscula Dyko et al., Tetracladium apienses R.C. Sinclair & Eicker, Tetracladium marchalianum Wild.) expostas ao conservante propilparabeno, por possuir maior ação antifúngica. Lemonniera aquatica apresentou maior sensibilidade ao propilparabeno, sendo o mais sensível de todos os fungos testados, bem como dos demais organismos aquáticos reportados na literatura. Além de confirmarem que os parabenos representam risco ecológico potencial para os ambientes aquáticos, os resultados obtidos permitiram concluir que há diferenças de sensibilidade entre as espécies tropicais e temperadas e, por isso, as espécies nativas são mais indicadas para se avaliar os efeitos tóxicos dos parabenos nos ambientes. Dada a presença e persistência dos compostos estudados por entrada contínua no ambiente, a magnitude das concentrações determinadas (ng L-1 e μg L-1), a carência de informações relativas à toxicidade e ao risco que representam para os ecossistemas tropicais, incluindo os do Brasil, sugere-se a implantação pelas agências reguladoras de medidas mais restritivas para o uso desses conservantes, visando uma melhor proteção da biota aquática. / Parabens are preservatives used in foods, pharmaceuticals, cosmetics and personal care products. They belong to the family of esters of p-hydroxybenzoic acid, distinguishing each other by the length and branching of the alkyl side chain. The main objective of this thesis was to evaluate the effects of the two most commonly used parabens, methylparaben and propylparaben, on aquatic species. For this purpose, short-term toxicity tests were initially carried out on five species of organisms from different taxonomic and functional groups: four of them from tropical regions, Ceriodaphnia silvestrii, Macrothrix flabelligera, Chironomus xanthus and Hydra viridissima, and one belonging to temperate regions, Hydra attenuata. The results obtained in these tests were compared with the results of the open literature, showing that Ceriodaphnia silvestrii (MeP, EC50 = 7.56 mg L-1 and PrP, EC50 = 2.90 mg L-1) and Macrothrix flabelligera (MeP, EC50 = 8.04 mg L-1 and PrP, EC50 = 3.85 mg L-1) were more sensitive compared to the standard organisms of temperate climate. Secondly, toxicity tests were performed with seven species of aquatic hyphomycetes fungi and only with the preservative propylparaben, because they have a higher antifungal action: Articulospora tetracladia Ingold, Flagellospora curta Webster, Heliscus lugdunensis Sacc. & Thérry, Lemonniera aquatica Wildeman, Lemonniera pseudofloscula Dyko et al., Tetracladium apienses R.C. Sinclair & Eicker, Tetracladium marchalianum Wild. Lemonniera aquatica showed greater sensitivity to propylparaben (EC50 = 1.63 mg L-1), being more sensitive than all fungi, as well as other aquatic organisms. Thus, the results obtained in the present thesis indicate that there is a difference in sensitivity between tropical and temperate species when exposed to parabens, with tropical native species being more sensitive to the effects of these compounds. Given the presence and persistence of the compounds studied by continuous entry into the environment, the magnitude of the concentrations determined (ng L-1 and μg L-1), the lack of toxicity and risk information for tropical ecosystems, including Brazil, it is suggested that regulatory agencies implement more restrictive measures for the use of these preservatives, aiming at a better protection of the aquatic biota.
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Síntese e caracterização de eletrodos de TiO2/WO3, nanotubos de TiO2/WO3 e nanotubos de TiO2/titanato para aplicação no tratamento fotoeletrocatalítico dos interferentes endócrinos bisfenol-A e propil / Synthesis and characterization of TiO2/ WO3, TiO2 nanotubes/WO3 and TiO2 nanotubes/titanate electrodes for application in the photoelectrocatalytic treatment of the endocrine desruptors bisphenol-A and propylparaben

Alysson Stefan Martins 26 October 2017 (has links)
Tecnologias efetivas para o tratamento de águas e efluentes representam um dos grandes desafios da nossa sociedade; dentre as opções, a fotoeletrocatálise pode ser considerada como uma técnica alternativa e de interesse. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver eletrodos de TiO2 modificados visando o tratamento fotoeletrocatalítico de interferentes endócrinos. Realizou-se inicialmente a síntese de nanotubos de TiO2 (TiO2-NT) sobre substrato de Ti metálico via anodização eletroquímica em eletrólito NaH2PO4/HF. Para minimizar as limitações inerentes ao TiO2 realizou-se a eletrodeposição de WO3 sobre os nanotubos de TiO2 (Ti/TiO2-NT/WO3) e diretamente sobre o substrato de Ti metálico. Este último revelou a formação de uma camada fina de TiO2 sobre a superfície, posterior ao tratamento térmico, formando um compósito (Ti/TiO2/WO3). A análise de difração de raios-X confirmou a formação da fase monoclínica de WO3 para ambas as sínteses e a fase anatase para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3. Para as duas sínteses, as medidas de energia dispersiva de raios-X revelaram uma quantidade crescente de W na composição dos eletrodos com o aumento do tempo de eletrodeposição. Teores elevados de W (acima de 1,2 %) apresentaram uma diminuição expressiva nos valores de fotocorrente. No entanto, baixos teores de W (entre 0,4 e 1,2 %) indicaram um aumento de 20 % nos valores de fotocorrente para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3 (20 mA cm-2) e Ti/TiO2/WO3 (17 mA cm-2) comparados aos não modificados, no potencial de +2,0 V. As análises de reflectância difusa mostraram uma baixa energia de bandgap (≈ 2,90 eV, eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3) e um aumento na absorção da irradiação UV-Vis. Posteriormente, os eletrodos modificados foram aplicados na oxidação fotoeletrocatalítica (FE) dos compostos bisfenol-A (BPA) e propilparabeno (PPB), sob irradiação UV-Vis. O método FE apresentou um excelente desempenho em condições ácidas, aplicando-se potencial de +1,50 V e +0,50 V para os eletrodos Ti/TiO2-NT/WO3 e Ti/TiO2/WO3, respectivamente. A mineralização dos compostos BPA e PPB foi superior a 80 % tanto para o Ti/TiO2-NT/WO3 como para o Ti/TiO2/WO3. Quanto à taxa de remoção, o BPA e PPB foram completamente removidos após 45 e 60 min, respectivamente, para os eletrodos de Ti/TiO2/WO3 e após 30 minutos para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3. Adicionalmente, os eletrodos apresentaram um baixo consumo energético e boa estabilidade química. Comparada à técnica de fotocatálise (FC), a FE revelou uma eficiência de mineralização 2 vezes superior para o Ti/TiO2-NT/WO3 e mais de 20 % superior para o Ti/TiO2/WO3. Logo, as modificações dos eletrodos de TiO2 com WO3 constituíram importantes contribuições para o desempenho dos materiais, sendo um passo importante para a aplicação em tratamentos alternativos de descontaminação de águas residuárias. Ainda foi de interesse neste trabalho propor um método para a inserção de nanotubos (TiNT) e nanofolhas (TiNS) de titanatos no interior de nanotubos de TiO2 via eletroforese. O estudo possibilitou o desenvolvimento de um método simples e eficiente para a modificação de nanoestruturas complexas. A movimentação do contra eletrodo sobre a superfície do eletrodo de trabalho, adaptado com uma escova nas laterais, reduziu a espessura da camada de TiNS/TiNT. O potencial aplicado (20 V) e a estimulação mecânica da superfície foram importantes para a incorporação das nanoestruturas dentro dos poros de TiO2-NTs. Como resultado, os eletrodos apresentaram um aumento da hidrofobicidade e uma melhora na capacidade de oxidação direta comparado ao eletrodo não modificado. / Effective technologies for the water and wastewater treatment represent a challenges for our society; among the options, the photoelectrocatalysis can be considered a promising and interesting alternative. In this context, the objective of this study was to develop modified TiO2 electrodes for the photoelectrocatalytic treatment of endocrine disruptors. The synthesis of TiO2 nanotubes (TiO2-NT) on metallic Ti substrate was carried out via electrochemical anodization in NaH2PO4 /HF electrolyte. In order to minimize the limitations inherent of TiO2, the electrodeposition of WO3 was performed on the TiO2 nanotubes (Ti/TiO2-NT/WO3) and also in the metallic Ti substrate. The deposition on the Ti metallic produced a thin layer of TiO2 on the surface, subsequent to the heat treatment, generating a composite (Ti/TiO2/WO3). The X-ray diffraction analysis (XRD) confirmed the monoclinic phase of WO3 for both the syntheses and the anatase phase of TiO2 for the Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes. For the two syntheses, the X-ray dispersive energy (EDX) analisys indicated an increasing amount of tungsten (W) in the composition of the electrodes with increasing of electrodeposition time. High W content (above 1.2%) showed a significant decrease in the photocurrent values. However, low content of W (between 0.4 and 1.2 %) indicated an increase of 20 % in the photocurrent values for the electrodes Ti/TiO2-NT/WO3 (20 mA cm-2) and Ti/TiO2/WO3 (17 mA cm-2) compared to the unmodified ones, at the potential of +2.0 V. Difuse reflectance analysis indicated low bandgap energy (≈ 2.90 eV, Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes) and an increase in the UV-Vis irradiation absorption. The best electrodes modified with WO3 to the both syntheses were applied in the photoelectrocatalytic oxidation (PEC) of bisphenol-A (BPA) and propylparaben (PPB) compounds, under UV-Vis irradiation. The PEC method presented an excellent performance in acidic conditions, applying a bias potential of +1.50 V and +0.50 V for Ti/TiO2-NT/WO3 and Ti/TiO2/WO3 electrodes, respectively. The mineralization of BPA and PPB compounds was greater than 80% for both Ti/TiO2-NT/WO3 and Ti/TiO2/WO3. In relation to the removal rate, BPA and PPB were completely removed after 45 and 60 min, respectively, for Ti/TiO2/WO3 electrodes and after 30 minutes for Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes. Additionally, the electrodes presented a low energy consumption and good chemical stability. Compared to the photocatalysis (PC), the PEC was 2 times higher to the mineralization efficiency for Ti/TiO2-NT/WO3 and almost 20% higher for Ti/TiO2/WO3. Thus, the modifications of the TiO2 electrodes with WO3 represent an important contribution to the performance of materials and, therefore, a positive step for the application in alternative treatments of decontamination of wastewater. It was also of interest in this work to propose a new method for the insertion of nanotubes (TiNT) and nanosheets (TiNS) of titanates inside of TiO2 nanotubes via electrophoretic deposition. In this study was developed a simple and efficient method for the modification of complex nanostructures. The movement of the counter electrode on the surface of the working electrode, adapted with a brush on the edges, reduced the thickness of the TiNS/TiNT layer. The potential applied (20 V) and the mechanical stimulation in the surface were important for the incorporation of TiNS/TiNT into the pores of TiO2-NTs. As a result, the electrodes increased the hydrophobicity and an improvement to the direct oxidation capacity compared to the unmodified electrode.
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Síntese e caracterização de eletrodos de TiO2/WO3, nanotubos de TiO2/WO3 e nanotubos de TiO2/titanato para aplicação no tratamento fotoeletrocatalítico dos interferentes endócrinos bisfenol-A e propil / Synthesis and characterization of TiO2/ WO3, TiO2 nanotubes/WO3 and TiO2 nanotubes/titanate electrodes for application in the photoelectrocatalytic treatment of the endocrine desruptors bisphenol-A and propylparaben

Martins, Alysson Stefan 26 October 2017 (has links)
Tecnologias efetivas para o tratamento de águas e efluentes representam um dos grandes desafios da nossa sociedade; dentre as opções, a fotoeletrocatálise pode ser considerada como uma técnica alternativa e de interesse. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver eletrodos de TiO2 modificados visando o tratamento fotoeletrocatalítico de interferentes endócrinos. Realizou-se inicialmente a síntese de nanotubos de TiO2 (TiO2-NT) sobre substrato de Ti metálico via anodização eletroquímica em eletrólito NaH2PO4/HF. Para minimizar as limitações inerentes ao TiO2 realizou-se a eletrodeposição de WO3 sobre os nanotubos de TiO2 (Ti/TiO2-NT/WO3) e diretamente sobre o substrato de Ti metálico. Este último revelou a formação de uma camada fina de TiO2 sobre a superfície, posterior ao tratamento térmico, formando um compósito (Ti/TiO2/WO3). A análise de difração de raios-X confirmou a formação da fase monoclínica de WO3 para ambas as sínteses e a fase anatase para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3. Para as duas sínteses, as medidas de energia dispersiva de raios-X revelaram uma quantidade crescente de W na composição dos eletrodos com o aumento do tempo de eletrodeposição. Teores elevados de W (acima de 1,2 %) apresentaram uma diminuição expressiva nos valores de fotocorrente. No entanto, baixos teores de W (entre 0,4 e 1,2 %) indicaram um aumento de 20 % nos valores de fotocorrente para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3 (20 mA cm-2) e Ti/TiO2/WO3 (17 mA cm-2) comparados aos não modificados, no potencial de +2,0 V. As análises de reflectância difusa mostraram uma baixa energia de bandgap (≈ 2,90 eV, eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3) e um aumento na absorção da irradiação UV-Vis. Posteriormente, os eletrodos modificados foram aplicados na oxidação fotoeletrocatalítica (FE) dos compostos bisfenol-A (BPA) e propilparabeno (PPB), sob irradiação UV-Vis. O método FE apresentou um excelente desempenho em condições ácidas, aplicando-se potencial de +1,50 V e +0,50 V para os eletrodos Ti/TiO2-NT/WO3 e Ti/TiO2/WO3, respectivamente. A mineralização dos compostos BPA e PPB foi superior a 80 % tanto para o Ti/TiO2-NT/WO3 como para o Ti/TiO2/WO3. Quanto à taxa de remoção, o BPA e PPB foram completamente removidos após 45 e 60 min, respectivamente, para os eletrodos de Ti/TiO2/WO3 e após 30 minutos para os eletrodos de Ti/TiO2-NT/WO3. Adicionalmente, os eletrodos apresentaram um baixo consumo energético e boa estabilidade química. Comparada à técnica de fotocatálise (FC), a FE revelou uma eficiência de mineralização 2 vezes superior para o Ti/TiO2-NT/WO3 e mais de 20 % superior para o Ti/TiO2/WO3. Logo, as modificações dos eletrodos de TiO2 com WO3 constituíram importantes contribuições para o desempenho dos materiais, sendo um passo importante para a aplicação em tratamentos alternativos de descontaminação de águas residuárias. Ainda foi de interesse neste trabalho propor um método para a inserção de nanotubos (TiNT) e nanofolhas (TiNS) de titanatos no interior de nanotubos de TiO2 via eletroforese. O estudo possibilitou o desenvolvimento de um método simples e eficiente para a modificação de nanoestruturas complexas. A movimentação do contra eletrodo sobre a superfície do eletrodo de trabalho, adaptado com uma escova nas laterais, reduziu a espessura da camada de TiNS/TiNT. O potencial aplicado (20 V) e a estimulação mecânica da superfície foram importantes para a incorporação das nanoestruturas dentro dos poros de TiO2-NTs. Como resultado, os eletrodos apresentaram um aumento da hidrofobicidade e uma melhora na capacidade de oxidação direta comparado ao eletrodo não modificado. / Effective technologies for the water and wastewater treatment represent a challenges for our society; among the options, the photoelectrocatalysis can be considered a promising and interesting alternative. In this context, the objective of this study was to develop modified TiO2 electrodes for the photoelectrocatalytic treatment of endocrine disruptors. The synthesis of TiO2 nanotubes (TiO2-NT) on metallic Ti substrate was carried out via electrochemical anodization in NaH2PO4 /HF electrolyte. In order to minimize the limitations inherent of TiO2, the electrodeposition of WO3 was performed on the TiO2 nanotubes (Ti/TiO2-NT/WO3) and also in the metallic Ti substrate. The deposition on the Ti metallic produced a thin layer of TiO2 on the surface, subsequent to the heat treatment, generating a composite (Ti/TiO2/WO3). The X-ray diffraction analysis (XRD) confirmed the monoclinic phase of WO3 for both the syntheses and the anatase phase of TiO2 for the Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes. For the two syntheses, the X-ray dispersive energy (EDX) analisys indicated an increasing amount of tungsten (W) in the composition of the electrodes with increasing of electrodeposition time. High W content (above 1.2%) showed a significant decrease in the photocurrent values. However, low content of W (between 0.4 and 1.2 %) indicated an increase of 20 % in the photocurrent values for the electrodes Ti/TiO2-NT/WO3 (20 mA cm-2) and Ti/TiO2/WO3 (17 mA cm-2) compared to the unmodified ones, at the potential of +2.0 V. Difuse reflectance analysis indicated low bandgap energy (≈ 2.90 eV, Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes) and an increase in the UV-Vis irradiation absorption. The best electrodes modified with WO3 to the both syntheses were applied in the photoelectrocatalytic oxidation (PEC) of bisphenol-A (BPA) and propylparaben (PPB) compounds, under UV-Vis irradiation. The PEC method presented an excellent performance in acidic conditions, applying a bias potential of +1.50 V and +0.50 V for Ti/TiO2-NT/WO3 and Ti/TiO2/WO3 electrodes, respectively. The mineralization of BPA and PPB compounds was greater than 80% for both Ti/TiO2-NT/WO3 and Ti/TiO2/WO3. In relation to the removal rate, BPA and PPB were completely removed after 45 and 60 min, respectively, for Ti/TiO2/WO3 electrodes and after 30 minutes for Ti/TiO2-NT/WO3 electrodes. Additionally, the electrodes presented a low energy consumption and good chemical stability. Compared to the photocatalysis (PC), the PEC was 2 times higher to the mineralization efficiency for Ti/TiO2-NT/WO3 and almost 20% higher for Ti/TiO2/WO3. Thus, the modifications of the TiO2 electrodes with WO3 represent an important contribution to the performance of materials and, therefore, a positive step for the application in alternative treatments of decontamination of wastewater. It was also of interest in this work to propose a new method for the insertion of nanotubes (TiNT) and nanosheets (TiNS) of titanates inside of TiO2 nanotubes via electrophoretic deposition. In this study was developed a simple and efficient method for the modification of complex nanostructures. The movement of the counter electrode on the surface of the working electrode, adapted with a brush on the edges, reduced the thickness of the TiNS/TiNT layer. The potential applied (20 V) and the mechanical stimulation in the surface were important for the incorporation of TiNS/TiNT into the pores of TiO2-NTs. As a result, the electrodes increased the hydrophobicity and an improvement to the direct oxidation capacity compared to the unmodified electrode.

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