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Previous issue date: 2017-03-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Triclosan is a compound with bactericidal effect that is frequently used in personal hygiene products. Recently, it has been found in surface water and wastewater even after conventional treatment. In the search for efficient alternative methods of degradation, are studied among them Oxidative Advanced Processes (AOPs), which are based on hydroxyl radical generation (HO), which is a strong oxidizing agent. The objective of this work was to study the degradation of triclosan using Heterogeneous Photocatalysis (HP), characterized by the use of a free and immobilized photocatalyst. In this work titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) were used as photocatalysts. An analytical routine was established using High Performance Liquid Chromatography (HPLC) followed by partial validation. The determination of the TCS in aqueous solution was performed in the linear range of 0.1 to 10.0 mg L-1, with R2 = 0.999, limit of detection (LOD) 0.3 mg L-1 and limit of quantification (LOQ) 1. 0 mg L-1. The characterization of the catalysts allowed to identify for the TiO2 the anatase phase, with a bandgap of 3.22 eV. The immobilization of this catalyst in calcium alginate does not cause great damage to its activity, since the characterization of the spheres demonstrated that in fact the TiO2 was present in them, in an amount of 0,267 ± 0,058 mg per sphere, according to FEG images, had a rough surface. Complementing the characterization, the images by EDS also showed that the catalyst was evenly distributed throughout the surface. In the studies with ZnO as catalyst, we identified the wurtzite phase, with bandgap of 3.14 eV. In the same way as previously, the immobilization does not cause damage to its catalytic activity, as well as the morphology of its spheres are being very close to TiO2 and also with surface distribution in all the analyzed areas (0.267 ± 0.058 mg ZnO per sphere). Also, a factorial design of experiments was carried out, where the best conditions found for both catalysts were pH 10 and 30 mg L-1. The kinetics of degradation demonstrated that the photolysis followed a first-order reaction whereas for the others the order followed was of pseudo-first order. The half-life times between free and immobilized studies did not show large variations, but TiO2 was slightly higher than ZnO. As good results with artificial radiation were achieved, studies with solar radiation were performed. The photolysis continued with a first order of reaction (t1/2 = 16.98 min) while the FH with immobilized TiO2 continued to follow a pseudo-first order (t1/2 = 22.88 min). The ZnO changed to second order (T1/2 = 11.72 min), demonstrating good efficiency using a renewable source of radiation. In the mineralization studies, TOC analysis were used to monitor the total organic matter removal of the samples. In these studies TiO2 presented a great advantage in relation to photolysis, because with about 18h of reaction, the photocatalysis was able to mineralize amounts greater than 90% while the photolysis was only about 40%. This difference was not so great for ZnO, because with this time there was a gain of approximately 10%, but it also showed superiority. These differences are easily observed using the half-life times, where for the photolysis the mineralization followed a first-order reaction with t1/ 2 = 1565 min, while the TiO2 and ZnO followed a second-order reaction with t1/2 = 76.14 min and t1/2 = 1354 min respectively. / O triclosan é um composto com ação bactericida e bastante utilizado em produtos de higiene pessoal. Recentemente, tem sido encontrado em águas superficiais e efluentes mesmo após tratamento convencional. Na busca de métodos mais eficientes de degradação, métodos alternativos têm sido estudados, estando entre eles os Processos Avançados de Oxidação (PAOs), os quais são baseados na geração do radical hidroxila (HO•), que é um forte agente oxidante. Sendo assim o objetivo deste trabalho foi estudar a degradação do triclosan utilizando a Fotocatálise Heterogênea (FH), caracterizada pelo uso de um fotocatalisador em suspensão e imobilizado. Neste trabalho foram utilizados como fotocatalisadores o dióxido de titânio (TiO2) e o óxido de zinco (ZnO). Foi realizado o estabelecimento de uma rotina analítica utilizando-se cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) seguido da validação parcial. A determinação do TCS em solução aquosa foi realizada na faixa linear de 0,1 a 10 mg L-1, com R2=0,999, limite de detecção (LD) 0,3 mg L-1 e limite de quantificação (LQ) 1,0 mg L-1. A caracterização dos catalisadores permitiu identificar para o TiO2 a fase anatase, com bandgap de 3,22 eV. A imobilização deste catalisador em alginato de cálcio não trouxe grandes prejuízos a sua atividade, pois a caracterização das esferas demonstrou que de fato o TiO2 estava presente nelas, numa quantidade de 0,267±0,058 mg por esfera, a qual possuía, segundo imagens por FEG, uma superfície rugosa. Complementando a caracterização as imagens por EDS demonstraram também que o catalisador estava distribuído de forma uniforme por toda a superfície. Nos estudos com o ZnO como catalisador, identificou-se a fase wurtzita, com bandgap de 3,14 eV. Da mesma maneira que anteriormente, a imobilização não acarretou em prejuízos na sua atuação catalítica, além da morfologia de suas esferas serem muito próximas das do TiO2 e também com distribuição superficial por todas as áreas analisadas (0,267±0,058 mg de ZnO por esfera). Também foi realizado um planejamento fatorial de experimentos onde para ambos catalisadores as melhores condições encontradas foram de pH 10 e 30 mg L-1. As cinéticas de degradação demonstraram que a fotólise segue uma reação de primeira ordem enquanto que para as demais a ordem foi de pseudo-primeira ordem. Os tempos de meia-vida entre os estudos em suspensão e imobilizados não apresentaram grandes variações, mas o TiO2 foi ligeiramente superior ao ZnO. Como bons resultados com radiação artificial foram alcançados, estudos com radiação solar foram realizados. Nestes a fotólise segue uma cinética de reação de primeira ordem (t1/2 = 16,98 min) enquanto que as FH com TiO2 imobilizado segue uma reação de pseudo-primeira ordem (t1/2= 22,88 min). Para o ZnO a ordem da reação encontrada foi de segunda ordem (t1/2=11,72 min), demonstrando boa eficiência quando utiliza-se uma fonte renovável de radiação. Nos estudos de mineralização, avaliou-se a remoção do carbono orgânico total (COT) após tempos pré-determnados. Nestes estudos o TiO2 utilizado como semicondutor em suspensão apresentou ampla vantagem em relação a fotólise, pois com cerca de 18h de reação, a fotocatálise conseguiu mineralizar quantidades superiores a 90% enquanto que a fotólise foi de apenas cerca de 40%. Esta diferença não foi tão significativa para o ZnO, pois neste a diferença foi aproximadamente 10%, mas demonstrou também superioridade em relação a fotólise. Estas diferenças são facilmente observadas utilizando os tempos de meia-vida, onde para a fotólise a mineralização seguiu uma reação de primeira ordem com t1/2 = 1565 min, enquanto que o TiO2 e o ZnO seguiram uma reação de segunda ordem com t1/2 = 76,14 min e t1/2=1354 min, respectivamente.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/2050 |
| Date | 08 March 2017 |
| Creators | Kosera, Vitor Sena |
| Contributors | Tiburtius, Elaine Regina Lopes, Chaves, Eduardo Sidinei, Sirtori, Carla, Fujiwara, Sérgio Toshio |
| Publisher | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada, UEPG, BR, Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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