Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work the degradation of the antibiotic ciprofloxacin CIP (33.1 mg L-1) by photo-
Fenton process using artificial radiation was evaluated. First, the effect of different
concentrations of Fe 3+ (1.4, 5.6, 11.2 and 16.8 mg L -1) on the kinetics of CIP and dissolved
organic carbon DOC (mineralization), as well as the consumption of H2O2 using 510 mg L-1
of H2O2and pH 2.5-2.8 was studied. The CIP concentration was below of the quantitation
limit of the equipment - LQ (<0.163 mg L-1) in just 2 minutes, for all concentration of Fe3+
evaluated, it was not possible to verify the effect of this operating parameter for the removal
of CIP. Regarding the results of mineralization and consumption of H2O2, the best fit
mathematical observed for all the experimental data obtained at different concentrations of
Fe3+ evaluated, was first order. Furthermore, it was observed that the concentration of Fe3+
resulted in a proportional increase in the rate of mineralization and consumption of H2O2,
being the concentration of 11.2 mg L-1 of Fe3+ chosen for the subsequent experiments. Next,
the effect of different concentrations of H2O2 (85, 170, 340, 510 and 680 mg L-1) on kinetics
of CIP mineralization and consumption of H2O2 using the best concentration of Fe3+ (11.2
mg L-1), and at pH 2.5-2.8 was evaluated. Similar behavior observed for the different
concentrations of Fe3+ was obtained, the best mathematical fit for CIP mineralization and
H2O2 consumption was of first order. The rate of CIP mineralization also increased
proportionally with H2O2 concentration, but up to a certain amount of H2O2 (340 mg L-1).
Above of this concentration, there was a decrease in the rate of mineralization due to the
occurrence of inefficient reactions. These results demonstrate the importance of evaluating the
operational parameters, such as the concentrations of Fenton´s reagents, in order to optimize
the efficiency of the photodegradation process, as well as reduce the costs of processes with
chemical reagents. Thus, the best concentrations obtained experimentally in deionized water
(DW) in relation to the operational parameters evaluated considering the CIP mineralization
using artificial radiation were: [Fe3+] = 11.2 mg L-1 and [H2O2] = 340 mg L-1. Under these
experimental conditions, the influence of different aqueous matrices (simulated seawater -
SW and treated effluent from sewage treatment plant - STP) in the CIP degradation was
evaluated, and the results were compared to those obtained in DW. Complete removal of CIP
(considering the LQ equipment) was influenced by the composition of the matrices, since in
DW occurred after 2 minutes of the photo-Fenton process, while 10 minutes were required in
SW and STP effluent. This is probably due to the presence of inorganic anions (chloride and
sulphate) in SW, which form stable complexes with iron, and also act as scavengers of
hydroxyl radicals, as well as by the presence of natural organic matter present in the effluent
of STP, which also competes with the target-compound by hydroxyl radicals, influencing the
degradation process. Based on the results obtained in this work, it was observed that the
photo-Fenton process can be an alternative of treatment to waters containing CIP, since there
was complete removal of CIP (considering the LQ equipment) after only 2 minutes, followed
by 75% of DOC removal and reduction of acute toxicity to A. saline from 76.7% ± 4.7% to
20.0% ± 10.0% after 60 minutes. Since several ecotoxicological effects are associated with
waste pharmaceuticals, in specific antibiotics, in aquatic environments and conventional
processes fail to remove them efficiently, the application of this process appears quite
feasible. / Neste trabalho foi avaliada a degradação do antibiótico ciprofloxacino CIP (33,1mg L-1)pelo
processo foto-Fenton utilizando radiação artificial. Primeiramente avaliou-se diferentes
concentrações de Fe3+ (1,4, 5,6, 11,2 e 16,8 mg L-1) na cinética de remoção de CIP e carbono
orgânico dissolvido - COD (mineralização), bem como no consumo de H2O2 utilizando-se 510
mg L-1 de H2O2 e pH 2,5-2,8. A concentração de CIP ficou abaixo do limite de quantificação
do equipamento - LQ (< 0,163 mg L-1) em apenas 2 minutos, para todas as concentrações de
Fe3+ avaliadas, não sendo possível verificar o efeito deste parâmetro operacional para a
remoção de CIP. Em relação aos resultados de mineralização e consumo de H2O2, o melhor
ajuste matemático observado para todos os dados experimentais obtidos nos diferentes níveis
de concentração de Fe3+ avaliados foi de primeira ordem. Além disso, foi observado que o
aumento da concentração de Fe3+ resultou num aumento proporcional na velocidade de
mineralização e de consumo de H2O2, sendo a concentração de 11,2 mg L-1 de Fe3+ escolhida
para os experimentos posteriores. A seguir, foi avaliado o efeito de diferentes concentrações
de H2O2 (85, 170, 340, 510 e 680 mg L-1) na cinética de mineralização de CIP e consumo de
H2O2 utilizando a melhor concentração de Fe3+ (11,2 mg L-1), e, em pH 2,5-2,8.
Comportamento semelhante ao observado para as diferentes concentrações de Fe3+ foi obtido,
melhor ajuste matemático para a mineralização de CIP e consumo de H2O2 sendo de primeira
ordem. A velocidade de mineralização de CIP também aumentou proporcionalmente com a
concentração de H2O2, contudo até um determinado valor de H2O2 (340 mg L-1). Acima desta
concentração, houve um decréscimo na velocidade de mineralização devido à ocorrência de
reações ineficientes. Estes resultados, demonstram a importância de avaliar os parâmetros
operacionais, tais como as concentrações dos reagentes de Fenton, a fim de otimizar a
eficiência do processo de fotodegradação, bem como reduzir os custos dos processos com
reagentes químicos. Assim, as melhores concentrações obtidas experimentalmente em água
deionizada (AD) em relação aos parâmetros operacionais avaliados considerando a
mineralização de CIP utilizando radiação artificial foram: [Fe3+] = 11,2 mg L-1 e [H2O2] = 340
mg L-1. Sob tais condições experimentais, a influência de diferentes matrizes aquosas (água de
mar simulada AM, e, efluente tratado de estação de tratamento de esgoto - ETE) na
degradação de CIP foi avaliada, e os resultados foram comparados aos obtidos em AD. A
completa remoção de CIP (considerando o LQ do equipamento) foi influenciada pela
composição da matriz, uma vez que em AD ocorreu após 2 minutos do processo foto-Fenton,
enquanto que 10 minutos foram necessários para a AM e efluente de ETE. Isto ocorreu
provavelmente devido à presença de ânions inorgânicos (cloreto e sulfato) em AM, os quais
formam complexos estáveis com ferro, e que também atuam como sequestradores de radicais
hidroxilas, assim como pela presença de matéria orgânica natural presente no efluente de
ETE, a qual também compete com o composto-alvo pelos radicais hidroxila, influenciando
assim o processo de degradação. Baseado nos resultados obtidos neste trabalho pode ser
observado que o processo foto-Fenton pode ser uma alternativa de tratamento de águas
contendo CIP, pois houve completa remoção de CIP (considerando o LQ do equipamento)
após apenas 2 minutos, seguido de 75% de remoção de COD e redução da toxicidade aguda
para A. salina de 76,7% ± 4,7% para 20,0% ± 10,0% após 60 minutos. Visto que vários
efeitos ecotoxicológicos estão associados aos resíduos de fármacos, em específico
antibióticos, presentes nos ambientes aquáticos e que os processos convencionais não
conseguem removê-los eficientemente, a aplicação deste processo se mostra bastante viável. / Mestre em Química
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/17424 |
| Date | 29 August 2014 |
| Creators | Santos, Lucilene Cândida dos |
| Contributors | Trovó, Alam Gustavo, Borges Neto, Waldomiro, Alves, Valéria Almeida |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Química, UFU, BR, Ciências Exatas e da Terra |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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