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Previous issue date: 2016-02-19 / Programa de Recursos Humanos em Petróleo e Gás Natural (PRH-28) / Mesmo com os constantes avanços das pesquisas em Ciências Ambientais muitos compostos químicos ainda são gerados em importantes processos produtivos e lançados ao meio ambiente impactando diretamente à saúde dos seres humanos e a manutenção da vida no ecossistema afetado. O p-Nitrofenol (PNF), composto citado como um dos prioritários de tratamento, merece importante destaque por ser carcinogênico e estar presente nos efluentes da indústria petroquímica e farmacêutica. Existem diversos tipos de tratamentos que podem ser empregados para remoção de compostos orgânicos de efluentes líquidos e os Processos Oxidativos Avançados (POA) entram em destaque. Os processos Fenton e Foto-Fenton, dois POA, têm sido empregados no tratamento de compostos fenólicos em efluentes, mas dificilmente se obtêm máximas conversões do Carbono Orgânico Total (COT) ou avalia-se a formação de intermediários aromáticos e ácidos carboxílicos durante o processo. O presente trabalho de pesquisa estudou a aplicação de POA na degradação do PNF com objetivo de obter uma máxima remoção do COT (Rcot (%)) e avaliou a formação durante a reação dos intermediários: ρ-benzoquinona, hidroquinona, ρ-nitrocatecol e os ácidos oxâlico e oxâmico. Primeiramente foram realizados ensaios paramétricos para identificar a gama de variação dos parâmetros estudados no planejamento experimental à ser adotado. Na segunda etapa do trabalho foi realizado um planejamento experimental usando Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) a fim de avaliar a influência dos parâmetros temperatura de reação (T (ºC)), concentração de peróxido de hidrogênio (Ch2o2 (mg.L-1)) e concentração do íon ferroso (Cfe2+ (mg.L-1)) no tratamento de uma solução modelo de 500 mg.L-1 de PNF através da reação de Fenton. Foram avaliados a degradação do composto e formação dos intermediários aromáticos através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência – CLAE, conversão do COT e toxicidade aguda usando vibrio fischeri em Microtox®. Nessa etapa a degradação do PNF foi total no ensaio otimizado, nas condições simuladas pelo modelo gerado, contudo à conversão do COT foi inferior à 53%, não sendo identificados os intermediários estudados. Na terceira etapa, objetivando obter a máxima conversão do COT, foi realizado um novo planejamento experimental fixando T (ºC) e CFe2+ (mg.L-1) do ensaio otimizado para reação de Fenton, e variando-se Ch2o2 (mg.L-1) e a irradiância (I (W.m-2)) para uma gama do espectro solar brasileiro, sendo também avaliados a degradação do composto e formação dos intermediários aromáticos através de CLAE, conversão do COT e toxicidade aguda em Microtox®. No ensaio otimizado nessa etapa obteve-se total degradação do PNF e de seus intermediários, e conversão do COT superior à 97%. O modelo cinético adotado para descrever o perfil da concentração de COT residual para os dois POA foi o modelo cinético agrupado (Lumped Kinetic Model - LKM) e conseguiu representar satisfatoriamente o perfil da fração residual em função do tempo dos compostos orgânicos analisados nesse trabalho. Foi possível estabelecer um paralelo entre a formação dos intermediários e a toxicidade em alguns ensaios em que os intermediários foram identificados. / Even with the constant advances in research in Environmental Sciences many chemical compounds are still generated in important productive processes and released to the environment directly impacting the health of humans and the maintenance of life in the affected ecosystem. The ρ-Nitrophenol (PNF), compound cited as one of the priority treatment should be mentioned for being carcinogenic and by being present in the effluent from the petrochemical and pharmaceutical industries. There are several types of treatments that may be employed for removing organic compounds from wastewater and Advanced Oxidation Processes (AOP) come into prominence. The process of Fenton and photo-Fenton, two AOP, has been successfully employed in the treatment of phenolic compounds in wastewater, but it is difficult to obtain maximal conversion of the Total Organic Carbon (TOC) or assessing the formation of aromatic intermediates and carboxylic acids during the process. This research work evaluated the application of AOP in PNF degradation in order to obtain maximum removal of TOC (Rcot (%)) and studied the formation during the reaction of the intermediate: ρ-benzoquinone, hydroquinone, ρ-nitrocatechol and oxalic acid and oxamic. First preliminary tests were performed to identify the range of variation of the parameters studied in the experimental planning to be adopted. In the second stage of the work was carried out an experimental planning using Central Composite Rotational Design (CCRD) in order to evaluate the influence of reaction parameters: temperature (T (°C)), hydrogen peroxide concentration (Ch2o2 (mg L-1)) and concentration of ferrous ion (Cfe2+ (mg.L-1)) for the treatment of a model solution of 500 mg L-1 of PNF through the Fenton reaction. We evaluated the degradation of the compound and formation of aromatic intermediates by high-performance liquid chromatography - HPLC, conversion of the TOC and acute toxicity using Vibrio fischeri in Microtox®. At this stage the PNF degradation was complete in the optimized test under the conditions simulated by the model generated, however the conversion of TOC was below 53%, and is not the intermediate studies identified. In the third stage, aiming for maximum conversion of the TOC, there was a new experimental planning setting T (°C) and CFe2+ (mg L-1) from the optimized test for Fenton reaction, and varying Ch2o2 (mg.L-1) and the irradiance (I (W. m-2)) for a range of the Brazilian solar spectrum, also being evaluated degradation of the compound and formation of aromatic intermediates by HPLC, conversion of the TOC and acute toxicity in Microtox®. In the optimized test at this stage was obtained overall PNF degradation and their intermediates, even with the formation of oxalic and oxamic acids, and conversion of TOC higher than 97%. The kinetic model used to describe the profile of the residual TOC concentration for both AOP was the LKM (Lumped Kinetic Model) and was able to satisfactorily represent the profile of the residual fraction of organic compounds analyzed in this work where it was determined the kinetic constants of the reaction. It was possible to draw a parallel between the formation of the intermediate and toxicity in some trials that intermediaries have been identified.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/24546 |
| Date | 19 February 2016 |
| Creators | LIMA, Vanessa Natalia de |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/2445243904431423, BENACHOUR, Mohand, BRANDÃO, Yana Batista |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Engenharia Quimica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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