In this Thesis either advanced oxidation or reductive processes are investigated for the degradation of two pesticides considered persistent in the environment: amicarbazone (AMZ) and chlorpyrifos (CP). In chapter I, different advanced oxidation processes (AOPs) driven by sulfate (SO4o-) and hydroxyl radicals (oOH) were applied to the degradation of AMZ. In the first study, several persulfate (PS) activated reactions were explored for AMZ degradation, namely activation with UVA radiation, Fe(II) and H2O2, as well as the combination of UVA radiation with Fe(II), Fe(III) and Fe(III)-complexes. Here, the influence of different reaction variables, such as solution pH, reactants and pesticide initial concentrations, addition of a second oxidant (H2O2) and the addition of different iron catalysts were also investigated. Control experiments regarding the photolysis of iron species in the absence of PS captured our interest and, with the aim of exploring more deeply this process on AMZ degradation, a second investigation was carried out. In this second study, a Doehlert experimental design was applied to investigate the simultaneous effects of two variables on AMZ degradation: pH and Fe(III):carboxylate ratio, where the carboxylate could be oxalate, citrate or tartrate. A response surface model for the observed degradation rate (kobs) as a function of pH and Fe(III):carboxylate ratio was obtained. The processes explored in both aforementioned studies revealed to be effective for AMZ removal, although nothing is known yet about their effectiveness regarding toxicity removal. Given that, a third study was carried out, where the toxicity of AMZ solutions, before and after submission to the processes studied was evaluated towards five microorganisms: Vibrio fischeri (acute toxicity), Tetrahymena thermophile, Chlorella vulgaris (chronic toxicity), Escherichia coli and Bacilus subtilis (antimicrobial activity). The last investigation detailed in chapter I is related with the application of zero-valent-metals on PS activation, which is a subject that links this chapter with the following one. For that, zero-valent-iron (ZVI) was investigated as a PS activator and the influence of variables that help to assess the environmental applicability of this process. In general, organochlorine pesticides reveal a higher resistance to oxidation than reduction, the latter process preferred when the aim is to degrade that important class of contaminants. Therefore, in chapter II the reductive degradation of CP by means of zero-valent-metals and bimetallic particles was investigated. ZVI has been extensively applied for that purpose. However, besides iron, other zero-valent metals can be potential reactive materials for reductive degradation and hence, in this study, the effectiveness of Zn0 and Cu0 was also explored in comparison to that widely reported for ZVI. Furthermore, two different ways of enhancing metals reactivity were here explored: i) by coating ZVI or Zn0 with a more noble metal (Cu), in order to analyze the copper catalytic effect on the bimetallic system; ii) by different surface pretreatments. / Na presente Tese de Doutorado foram abordados tanto processos oxidativos avançados (POA), como processos redutivos por metais de valência zero, na degradação de dois pesticidas considerados persistentes no meio ambiente: amicarbazona (AMZ) e clorpirifós (CP). No capítulo I são apresentados os estudos realizados com diversos POA, mediados por radicais sulfato (SO4o-) e hidroxila (oOH), aplicados da AMZ. Num primeiro estudo foi explorada a ativação do oxidante persulfato (PS), de diferentes formas, tais como radiação UVA, H2O2 e Fe(II), assim como a combinação de radiação UVA com Fe(II), Fe(III) e complexos de Fe(III). Aqui também foram investigados os efeitos de diversas variáveis reacionais, tais como pH, concentração inicial de reagentes e de pesticida, adição de um segundo oxidante (H2O2) e adição de diferentes espécies de ferro. Os testes realizados, para efeito de controle, referentes à irradiação das espécies de Fe(III) na ausência de PS, despertaram o interesse para um estudo mais aprofundado sobre o efeito da fotólise destas espécies na degradação da AMZ, surgindo assim o segundo trabalho. Neste utilizou-se um projeto experimental de Doehlert, para avaliar o efeito de duas variáveis em simultâneo quanto à degradação da AMZ: pH e proporção Fe(III): ligante, sendo o ligante um dos seguintes carboxilatos: oxalato, citrato ou tartarato. Um modelo de superfície de resposta, que correlaciona a taxa de degradação observada (kobs) em função do pH e proporção Fe(III):ligante foi obtido para cada um dos complexos de Fe(III) estudados. Os processos explorados, tanto no primeiro como no segundo estudo, se mostraram eficazes na remoção da AMZ, porém nada se sabe acerca da remoção da toxicidade. Para tal, foi desenvolvido um terceiro estudo dedicado à avaliação da toxicidade da solução de AMZ, antes e após a aplicação de cada um dos processos anteriormente abordados, contra cinco micro-organismos: Vibrio fischeri (toxicidade aguda); Tetrahymena thermophila, Chlorella vulgaris (toxicidade crônica); Escherichia coli e Bacilus subtilis (atividade antimicrobiana). O último estudo abordado no capitulo I é referente à aplicação de metais de valência zero também nos POA, correlacionado assim o capítulo I e o capítulo II. Como tal, foi feito um estudo de ativação de PS por meio de ferro de valência zero (Fe0), em que se investigou a influência de diversas variáveis por forma a inferir sobre a aplicabilidade prática deste processo. Pesticidas organoclorados apresentam maior resistência à degradação por processos oxidativos do que redutivos, sendo preferível o último na degradação desta importante classe de contaminantes. Como tal, o capítulo II se refere à degradação redutiva, por meio de diferentes metais de valência zero e partículas bimetálicas, do pesticida organoclorado CP. Além do amplamente explorado Fe0, outros metais podem ser aplicados neste processo, pelo que, neste estudo, explorou-se a potencialidade de Zn0 e Cu0 comparativamente ao primeiro. Ainda neste estudo foram investigadas duas formas de aumentar a reatividade dos metais: i) no caso do Fe0 e Zn0, revestindo com um metal mais nobre (Cu), por forma a observar o efeito catalisador do último no sistema bimetálico; ii) realizando um pré-tratamento à superfície dos metais.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-03082017-091224 |
| Date | 23 May 2017 |
| Creators | Cátia Alexandra Leça Graça |
| Contributors | Antonio Carlos Silva Costa Teixeira, Adriana Correia de Velosa, Milena Guedes Maniero Ferreira, Roberto Guardani, Amilcar Machulek Junior, Regina de Fátima Peralta Muniz Moreira |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Química, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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