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Previous issue date: 2018-06-18 / Azo dyes represent the most important class of textile dyes, being widely used in the pharmaceutical and food industry. These molecules are present in domestic and industrial wastewater, and are resistant to conventional effluent treatment eventually producing more toxic products than the original dyes. Advanced oxidative processes (AOPs) have been implemented in order to decompose or mineralize substances that are difficult to treat, reducing their toxicity and the inherent risks of releasing pollutants into the environment. Objective: To study the ecotoxicity and optimize the operational conditions in the decomposition of textile azo dye DR343 using Fenton and Fenton-like reactions. Method:
Oxidative processes were studied using the factorial design Box-Behnken Design (BBD), and the optimization of the reaction conditions was performed by applying the desirability
function. The pH of the medium, the reaction time, the concentrations of iron [Fe 2+ ] (Fenton) and [Fe 3+ ] (Fenton-like) as well as the oxidizing agent [H 2 O 2 ] were used as independent variables in the planning. The responses studied were the removal of DR343, the concentration of residual hydrogen peroxide [H 2 O 2residual ] and the mortality of Artemia salina. The toxicity of the untreated dye was evaluated in different organisms (lettuce seeds, Artemia salina and zebrafish embryos). Samples treated under optimal conditions were submitted to the same protocols. Results: The dye removal was in the range of 5.8% to 100%, being affected only by the concentration of catalyst [Fe 2+ /Fe 3+ ] in both processes. On the other hand, the process time had a significant effect on the mortality of A. salina in samples submitted to the Fenton process, which suggests formation of toxic oxidation byproducts at the beginning of the process, followed by the mineralization of the samples. Optimum conditions for the Fenton reaction included [Fe 2+ ] of 0.33 mmol.L -1 and [H 2 O 2 ] of 4.50 mmol.L -1 . Under these conditions, 100% of the dye decomposition was observed in 16.1 minutes. On the other hand, the optimal conditions of the Fenton-like process included [Fe 3 + ] of 0.25 mmol.L -1 and [H 2 O 2 ] of 0.54 mmol.L -1 . Under these conditions total dye decomposition was observed in only 9.2 minutes. No [H 2 O 2residual ] was detected in both optimized processes. No significant phytotoxic effects were observed on the untreated dye dispersions, nor after treatment in both procedures. In the case of the A. salina assays, differences between the two processes were observed. Samples treated by Fenton-like did not show significant toxicity, whereas the Fenton process induced significant mortality for this organism. Samples treated under optimal conditions, from both methods, did not induce lethal or sublethal effects on zebrafish embryos. Total organic carbon reduction of 52.0% and 34.8% was observed for Fenton and Fenton-like, respectively. Conclusion: Both the studied processes can be successfully used to decompose the DR343 dye in water, however, the Fenton reaction, despite obtaining better mineralization rates, produced more toxic by-products when compared to the Fenton-like process. The untreated dye did not show phytotoxicity, nor did it generate significant effects on zebrafish embryos. / Os azo corantes, como o Disperse Red 343 (DR343) representam a mais importante classe de corantes têxteis, além de serem amplamente utilizados na indústria farmacêutica e alimentícia. Presentes em águas residuárias industriais e domésticas, estas moléculas são resistentes aos tratamentos convencionais de efluentes e podem, eventualmente, gerar produtos ainda mais tóxicos que os corantes originais. Os processos
oxidativos avançados (POAs) têm sido empregados a fim de aumentar a biodegradabilidade ou mineralizar substâncias de difícil tratamento, reduzindo sua toxicidade e os riscos inerentes ao lançamento de poluentes no meio ambiente. Objetivo: Avaliar a ecotoxicidade e otimizar as condições de decomposição do azo corante têxtil DR343 utilizando reações do tipo Fenton e Fenton-like. Metodologia: Os processos oxidativos foram estudados utilizando planejamento fatorial do tipo Box Behnken Design (BBD), e a otimização das condições de reação foi realizada pela aplicação da função de desejabilidade. O pH do meio, o tempo de reação, as concentrações de ferro [Fe 2+ ] (Fenton) e [Fe 3+ ] (Fenton-like), assim como de agente oxidante [H 2 O 2 ] foram utilizadas como variáveis independentes no planejamento. As respostas estudadas foram a remoção do DR343, a concentração de peróxido de hidrogênio residual [H 2 O 2residual ] e a mortalidade de Artemia salina. A toxicidade do corante não-tratado foi avaliada em diferentes organismos (sementes de alface, Artemia salina e embriões de zebrafish). As amostras tratadas sob condições ótimas foram submetidas aos mesmos protocolos. Resultados: A remoção do azo corante esteve na faixa de 5,8% a 100%, sendo afetada somente pela concentração de catalisador [Fe 2+ /Fe 3+ ] em ambos os processos. Por outro lado, o tempo de processo teve efeito significativo na mortalidade de A. salina em amostras submetidas ao processo Fenton, o que sugere formação de subprodutos de oxidação tóxicos no começo do processo, seguido pela mineralização das amostras. Condições ótimas para a reação de Fenton incluíram [Fe 2+ ] de 0,33 mmol.L -1 e [H 2 O 2 ] de 4,50 mmol.L -1 . Nessas condições, observou-se decomposição de 100% do corante em 16,1 minutos. Por outro lado, as condições ótimas do processo Fenton-like incluíram [Fe 3+ ] de 0,25 mmol.L -1 e [H 2 O 2 ] de 0,54 mmol.L -1 . Sob essas condições observou-se a decomposição total do corante em apenas
9,2 minutos. Não foi detectada [H 2 O 2residual ] em ambos os processos otimizados. Nenhum efeito fitotóxico significativo foi observado nas dispersões do corante não-tratado, tampouco após o tratamento em ambos os processos. No caso dos ensaios com A. salina, observou-se diferenças entre os dois processos. As amostras tratadas por Fenton-like não apresentaram toxicidade significativa, enquanto que o processo Fenton induziu mortalidade significativa para esse organismo. Amostras tratadas sob condições ótimas, oriundas de ambos os métodos, não induziram efeitos letais ou subletais aos embriões e larvas de zebrafish. Foi observada
redução de carbono orgânico total de 52,0% e 34,8% para Fenton e Fenton-like, respectivamente. Conclusões: O corante não-tratado não apresentou fitotoxicidade, assim como não gerou efeitos tóxicos significativos nos embriões de zebrafish. Ambos os processos estudados podem ser utilizados com sucesso para decompor o corante DR343 em água, entretanto, a reação de Fenton, apesar de obter melhores índices de mineralização, produziu subprodutos mais tóxicos quando comparado ao processo Fenton-like.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/9091 |
| Date | 18 June 2018 |
| Creators | Fernandes, Neemias Cintra |
| Contributors | Marreto, Ricardo Neves, Marreto, Ricardo Neves, Costa, Orlene Silva da, Oliveira, Gisele Augusto Rodrigues de, Cunha Filho, Marcílio Sérgio Soares da, Brito, Núbia Natália de |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Inovação Farmacêutica em Rede (FF), UFG, Brasil, Faculdade Farmácia - FF (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 1510836041889931197, 600, 600, 600, 6010281161524209375, 700814650651154363 |
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