Síntese e caracterização da solução sólida de Ti1-xSnxO2 e avaliação fotocatalítica da heterojunção tipo II na degradação da eritromicina

Essa tese de doutorado avaliou a produção, através da metodologia de washcoating, e a caracterização físico-química da superfície de 5 fotocatalisadores suportados, sendo um recoberto apenas com dióxido de titânio (TiO2) e os outros quatro recobertos, por diferentes metodologias, com TiO2 dopado com estanho (Sn), visando a obtenção de uma solução sólida de Ti1-xSnxO2 e a formação da heterojunção tipo II. Os fotocatalisadores suportados foram avaliados cataliticamente através do tratamento de soluções contendo eritromicina (ERI) pelo processo de fotocatálise heterogênea (FH) sendo realizada a comparação entre os fotocatalisadores suportados produzidos e um fotocatalisador de composição de Ti/TiO2(70%)RuO2(30%). A avaliação fotocatalítica foi realizada, para cada fotocatalisador, em um reator utilizando diferentes fontes de radiação e diferentes matrizes aquosas. Foram realizados ensaios de adsorção, fotólise direta (FD), FH com adição de sequestrantes de radicais e de fitotoxicidade aguda. Os resultados de caracterização superficial dos fotocatalisadores produzidos indicaram que o recobrimento apresentou elevada qualidade, distribuição homogênea e elevada aderência. A relação de Sn:Ti nos fotocatalisadores variaram entre 0,002-0,180. O fotocatalisador suportado produzido através da adição de oxalato de Sn apresentou aumento dos valores das constantes, volume da célula unitária e da distância interplanar indicando que ocorreu a substituição de Ti4+ por Sn4+ na rede cristalina do TiO2. Os resultados de avaliação catalítica mostraram que a FD não degrada e mineraliza efetivamente as soluções de ERI, devido à baixa absorção da radiação UV-A pela molécula de ERI. Os ensaios de FH mostraram que o fotocatalisador suportado produzido através da adição de oxalato de Sn apresentou os melhores resultados de estabilidade (98,2%), degradação (65%) e mineralização (47%), devido à maior formação de radicais HO•. A influência da fonte de radiação nos ensaios de FD e FH mostrou que, apesar dos maiores valores de degradação e mineralização obtidos com a lâmpada de 18 W, a eficiência fotônica é superior para a lâmpada de 9 W, sendo a lâmpada de 9 W 50% e 40% mais eficiente na degradação e mineralização, respectivamente, em relação à lâmpada de 18 W. A avaliação da matriz aquosa mostrou que a presença de compostos orgânicos e inorgânicos na água subterrânea ocasiona uma menor degradação e mineralização da ERI. As análises dos subprodutos indicaram a formação de compostos fenólicos, ftalatos e alcanos cíclicos após os testes de FH o que pode ter ocasionado a fitotoxicidade aguda constatada nos ensaios com Allium cepa. Considerando-se todos os resultados obtidos, pode-se afirmar que a metodologia washcoating, para a produção de fotocatalisadores suportados a base de Ti dopados com Sn, através da adição de oxalato de Sn, produziu catalisadores com atividade catalítica e estrutural que permanece após sucessivos ensaios de degradação, o que indica que os fotocatalisadores produzidos apresentam potencial para a utilização em escala piloto.In this doctoral Thesis, the preparation by the “washcoating” method and the physicochemical characterization of 5 structured photocatalysts were performed. One mesh was covered only with titanium dioxide (TiO2) and the other four were covered by different methodologies with Sn-doped TiO2, in order to obtain a solid solution of Ti1-xSnxO2 and the formation of type II heterojunction. The structured photocatalysts were catalytically evaluated through the treatment of erythromycin (ERY) containing solutions by the heterogeneous photocatalysis (HP) process. Moreover, the five structured photocatalysts synthesized were compared with a Ti/TiO2(70%)RuO2(30%) commercial one. For each photocatalyst, the photocatalytic evaluation was performed in a reactor with internal recirculation using different radiation sources and different aqueous matrices. Adsorption, direct photolysis (DP), HP with and without the addition of radical scavengers (SCAV) and acute phytotoxicity tests were performed. The results of surface characterization of the produced photocatalysts indicated that the coating showed high quality, homogeneous distribution and high adherence. The Sn: Ti ratio in the structured photocatalysts varied between 0.002-0.180. The structured photocatalyst produced by the addition of Sn oxalate presented an increase in the values of the constants, unit cell volume and interplanar distance indicating that the replacement of Ti4+ by Sn4+ occurred in the crystalline network of TiO2. On the other hand, the results of the catalytic evaluation showed that the DP does not effectively degrade and mineralize the ERI solutions, due to the low adsorption of UV-A radiation by the ERY molecule. The HP and SCAV tests showed that the structured photocatalyst produced by the addition of Sn oxalate presented the best stability (98.2%), degradation (65%) and mineralization (47%), due to a greater formation of HO• radicals. The influence of the radiation source in the DP and HP tests showed that, despite the higher degradation and mineralization values were obtained with the 18 W lamp, the photonic efficiency of the 9 W lamp is superior, being 50% and 40% more efficient in degradation and mineralization, respectively, compared to the 18 W lamp. The evaluation of the aqueous matrix showed that the presence of organic and inorganic compounds in underground water decreases the degradation and mineralization of the ERY. By-product’s analysis indicated the formation of phenolic, phthalates compounds and cyclic alkanes compounds after the HP tests. These compounds may have caused the toxicity found in the tests with Allium cepa. Considering all the results obtained, it can be said that the supported photocatalysts based on Ti doped with Sn, through the addition of Sn oxalate, prepared by the “washcoating” method, present structure and catalytic activity, that remains unchanged after successive degradation tests, which indicates that the synthesized systems have potential for use on a pilot scale

Eletrodiálise como tratamento terciário em uma estação de tratamento de efluentes de um Campus Universitário visando o reúso de água

A demanda atual por recursos hídricos com quantidade e qualidade exige que todos os efluentes domésticos sejam tratados de maneira adequada para minimizar os impactos ambientais causados no meio ambiente. As estações de tratamento de efluentes domésticos que utilizam sistemas tradicionais de tratamento em muitos casos não conseguem atingir os valores de remoção de poluentes exigidos pelas legislações ambientais e, portanto, processos avançados de tratamento de efluentes devem ser realizados para garantir tal atendimento. No presente trabalho foi realizada a coleta e caracterização físico-química de amostras em diferentes pontos de processo na estação de tratamento de efluentes do Campus Litoral Norte da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O monitoramento foi realizado durante 33 semanas e mostrou que o efluente tratado final da ETE apresentou valores elevados de poluentes como, por exemplo, nitrogênio total Kjeldahl (NTK), amônia e demanda química de oxigênio (DQO), o que impossibilita seu lançamento. O processo de eletrodiálise do efluente tratado da ETE foi realizada em uma planta piloto onde foram realizados 2 diferentes tipos de ensaios de eletrodiálise. No 1º ensaio o objetivo era avaliar o transporte iônico de poluentes do efluente após a eletrodiálise e os resultados encontrados mostram que, o efluente tratado por eletrodiálise, foram encontrados valores de concentração média abaixo de 1 mg/L para os ânions fluoreto, cloreto, nitrito e nitrato e para os cátions sódio, amônio, potássio e magnésio. Os resultados encontrados na caracterização fisico-química do efluente tratado indicam que o mesmo pode ser utilizado como água de reúso na agricultura, para fins urbanos e na psicicultura se for realizada a correção do pH. O 2º ensaio tinha como objetivo avaliar o comportamento das membranas através da qualidade do efluente após sucessivas eletrodiálises sem realizar a limpeza do sistema e os resultados encontrados mostram que foram obtidos valores de concentração média abaixo de 10 mg/L para todos os ânions e cátions. Os resultados encontrados pela caracterização fisico-química deste efluente tratado por eletrodiálise indicam que o mesmo pode ser utilizado como água de reúso na agricultura e reúso para fins urbanos se for realizada a correção do pH e a remoção da turbidez do efluente. Para o reúso na psicicultura, além da correção do pH, deve ser realizada a remoção do ânion nitrato para valores inferiores a 5 mg/L.The current demand for water resources with quantity and quality requires that all domestic effluents must be adequately treated to minimize the environmental impacts caused on the environment. Municipal sewage treatment plants (MSTP) using traditional process in many cases fail to achieve the pollutant removal required by environmental. Therefore, advanced wastewater treatment processes must be carried out to ensure such care. The present work carried out the sampling and characterization samples at different process points from the wastewater treatment plant (WWTP) of Campus Litoral Norte of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul. The monitoring was performed during 33 weeks and showed that the final treated effluent of the WWTP showed high values of pollutants such as NTK, ammonia and COD, which makes it impossible to discharge in nature. The process of electrodialysis of the final effluent, after the treatment at the WWTP, was carried out in the pilot plant. Two different electrodialysis tests were carried out. On the first test, the objective was to evaluate the ionic transport of pollutants from the effluent after the electrodialysis and the results found show that the effluent treated were found values of average concentration below 1 mg / L were obtained for fluoride, chloride, nitrite and nitrate anions and for sodium, ammonium, potassium and magnesium cations. The results found by the physicochemical characterization of the effluent indicate that it can be used as reuse water in agriculture, for urban proposes and in pisciculture if the pH correction is performed. In the second test, the objective was to evaluate the behavior of the membranes through the quality of the effluent after successive electrodialysis without cleaning the system. The results obtained in the effluent after the second test showed that mean values below 10 mg/L were obtained for all anions and cations. The results obtained by the physicochemical characterization of the effluent indicates that it can be used as reuse water in agriculture and for urban proposes reuse if the correction of the pH and the removal of the turbidity of the effluent is carried out. For reuse in the pisciculture, besides the correction of the pH, the removal of the nitrate anion should be carried out to values below 5 mg/L

Photo-mediated and advanced oxidative processes applied for the treatment of effluents with drugs used for the treatment of early COVID-19 : review

The COVID-19 pandemic is proving to be one of the most challenging health and social crises ever faced by humanity. Several drugs have been proposed as potential antiviral agents for the treatment of COVID-19 since the beginning of the health crisis. Among them are chloroquine (CQ), hydroxychloroquine (HCQ), ivermectin (IVM), and the combination of QC or HCQ and azithromycin (AZI). The use of these and several other drugs has grown sharply, even if there is proof of ineffectiveness in the early treatment or mild cases of COVID-19. Thus, there is great concern about the potential environmental impacts of the effluents released with the presence of these drugs. Therefore, this work aimed to carry out a literature review on wastewater treatment processes, focusing on removing these substances through advanced oxidation process. As the conventional effluent treatment processes do not have high efficiency for removal, it was concentrated in the literature that had as scope advanced and photo-mediated techniques to remove CQ, HCQ, IVM, and AZI. It is expected,with this work, to highlight the importance of conducting research that contributes to the control of pollution and contamination