Avaliação toxicológica de nanopartículas de óxido de cromo (III) em microcrustáceo Daphnia magna, bactéria Aliivibrio fischeri e semente de Lactuca sativa

TCC(graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Engenharia Sanitária e Ambiental.A nanotecnologia é um ramo da ciência que desenvolve materiais em escala nanométrica. Entre esses materiais, destacam-se as nanopartículas. Com seu tamanho reduzido (entre 1 e 100 nm), as nanopartículas vêm sendo amplamente utilizadas em indústrias e na medicina. A partir da introdução no cotidiano das pessoas, os possíveis destinos finais destes materiais são o ambiente aquático ou a inadequada deposição no solo. Dessa maneira, estudos toxicológicos são necessários para compreender os efeitos destas novas substâncias sobre organismos. As nanopartículas de óxido de cromo III (NP Cr2O3) são utilizadas em pigmentações de materiais cerâmicos, equipamentos eletrônicos, cromagens e corantes para tintas. Contudo na literatura são encontrados poucos trabalhos que propõem investigar os potenciais tóxicos dessa nanopartícula. Assim, o presente estudo teve como objetivos avaliar toxicologicamente a NP Cr2O3 através de testes de toxicidade aguda com o microcrustáceo de água doce Daphnia magna e a bactéria marinha Aliivibrio fischeri, teste de toxicidade crônica com D. magna e teste de germinação com a semente de alface Lactuca sativa L. A amostra de NP Cr2O3 foi caracterizada através das técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difração de Raios-X (DRX), Potencial Zeta (PZ), área superficial e quantificação de cromo através de FAAS. A CE50,48h do teste agudo com D. magna foi de 6,79 mg/L, apresentando cromo em concentração inferior à máxima permitida pela legislação brasileira para lançamento de efluentes. A CE50,15min para A. fischeri foi de 16,10 mg/L e a CE50,30min foi de 12,91 mg/L. Ambos valores também apresentaram concentrações de cromo inferiores à máxima permitida pela legislação. Em relação ao teste crônico com D. magna, foram observados efeitos sobre a longevidade em concentrações inferiores às permitidas pela legislação. Não foi observado efeito significativo na germinação das sementes, porém o crescimento das plântulas foi afetado conforme aumento na concentração de NP Cr2O3

Compostagem da fração orgânica de resíduos alimentares através de dois métodos de aeração natural para a produção de um composto orgânico / Composting of the organic fraction of food waste using two methods of natural aeration for the production of an organic compost

Este estudo teve como objetivo comparar dois métodos de compostagem distintos entre si pela forma de aeração natural (leiras revolvidas – Método Windrow; e leiras estáticas com aeração passiva – Método UFSC), visando a produção de um composto orgânico de qualidade, avaliada a partir da caracterização físico-química e da fitotoxicidade. Da análise dos resultados foi possível perceber que ambos os métodos se apresentaram eficientes para o processo de compostagem. As análises físico-químicas evidenciaram uma ligeira diferença no tempo de maturação do composto do método Windrow. Em resumo, o método Windrow pode ser considerado mais eficiente para manutenção em pequena escala de compostagem, tratando-se da compostagem em grande escala sugere-se o método UFSC devido a sua facilidade de manejo desde que o objetivo não seja a produção acelerada do composto

Compostagem da fração orgânica de resíduos alimentares através de dois métodos de aeração natural para a produção de um composto orgânico / Composting of the organic fraction of food waste using two methods of natural aeration for the production of an organic compost

Este estudo teve como objetivo comparar dois métodos de compostagem distintos entre si pela forma de aeração natural (leiras revolvidas – Método Windrow; e leiras estáticas com aeração passiva – Método UFSC), visando a produção de um composto orgânico de qualidade, avaliada a partir da caracterização físico-química e da fitotoxicidade. Da análise dos resultados foi possível perceber que ambos os métodos se apresentaram eficientes para o processo de compostagem. As análises físico-químicas evidenciaram uma ligeira diferença no tempo de maturação do composto do método Windrow. Em resumo, o método Windrow pode ser considerado mais eficiente para manutenção em pequena escala de compostagem, tratando-se da compostagem em grande escala sugere-se o método UFSC devido a sua facilidade de manejo desde que o objetivo não seja a produção acelerada do composto

Avaliação toxicológica de nanomateriais de sílica amino-funcionalizados e aplicação em membranas de nanofiltração

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2019O aumento no consumo e a poluição dos corpos hídricos afetam a disponibilidade de água potável. Assim, estudos que desenvolvem materiais eficientes para tratar esse recurso são necessários, incluindo melhorias em técnicas de tratamento já existentes. Neste contexto, o presente trabalho desenvolveu composições de membranas nanoestruturadas em camadas, sendo suporte de polissulfona (PSU) e polimerização in situ de filmes finos de polidopamina (PDA) e polietilenoimina (PEI) com diferentes tipos de nanomateriais de sílica (NM SiO2) sem (NHS) e com amino-funcionalização com as moléculas (3-aminopropil)trimetóxisilano (APTMS) (NH1) e 3-[2-(2-aminoetilamino) etilamino]propiltrimetoxisilano (AEAEAPTMS) (NH3). As composições de membranas foram denominadas M0 (PSU+PDA+PEI), MS (PSU+PDA+PEI+NHS), M1 (PSU+PDA+PEI+NH1) e M3 (PSU+PDA+PEI+NH3), sendo posteriormente reticuladas com gluteraldeído (GA), caracterizadas e testadas a eficiência na nanofiltração (NF) de íons de sais mono (AgNO3 e NaCl) e bivalentes (MgCl2 e ZnSO4). Os NHS, NH1 e NH3 foram caracterizados por técnicas físico-químicas que comprovaram a funcionalização, o aumento do diâmetro e estabilidade em suspensão após a amino-funcionalização. Os NM SiO2 foram avaliados quanto suas toxicidades para os organismos Daphnia magna e suas citotoxicidades através da exposição de células Vero. A toxicidade das membranas foi avaliada por ensaio agudo com D. magna após suas lixiviações. Os testes de toxicidade aguda com NM SiO2 para D. magna resultaram em baixa toxicidade, enquanto que o ensaio crônico mostrou efeito principalmente quanto à reprodução dos organismos e alterações ultra-estruturais nos ovos dos organismos expostos. Também foram observados efeitos nas antenas e brânquias e em mitocôndrias e microvilosidades do intestino dos organismos expostos. Os NM SiO2 também apresentaram citotoxicidade (maior para menor: NH3 > NH1 >> NHS) a células Vero e as vias de toxicidade foram investigadas, destacando a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) e lipoperoxidação (LPO). Houve internalização dos NM SiO2, efeitos em mitocôndrias, membranas nucleares e em retículos endoplasmáticos rugosos. Para as membranas, foram observadas a melhoria das propriedades quanto à hidrofilicidade e eficiência, sendo que MS, M1 e M3 obtiveram maiores rejeições a MgCl2, NaCl e ZnSO4 que M0. Já na filtração com AgNO3, as membranas M1 e M3 obtiveram rejeições similares a M0. A M1 foi a membrana mais eficiente quando se considera o fluxo de permeação e a rejeição aos sais. A lixiviação das membranas resultou em baixa liberação de Si e os lixiviados não foram tóxicos para D. magna. Portanto, foi identificado melhorias na hidrofilicidade e eficiência das membranas de NF com adição dos NM SiO2 sem que estas confiram toxicidade ao meio líquido.Abstract: Increased consumption and pollution of water bodies affect the availability of potable water. Thus, studies for the development of efficient materials to treat this resource are necessary, including improvements in existing treatment techniques. In this context, the present work developed layered nanostructured membrane compositions, based on polysulfone (PSU) as the support layer and in situ in situ thin films polymerization of polydopamine (PDA) and polyethyleneimine (PEI) with different types of silicon nanomaterials (NM SiO2) without (NHS) and with amino-functionalization with (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) (NH1) and 3-[2-(2-aminoethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane (AEAEAPTMS) (NH3) molecules. The membranes compositions were named as M0 (PSU+PDA+PEI), MS (PSU+PDA+PEI+NHS), M1 (PSU + PDA + PEI + NH1) and M3 (PSU + PDA + PEI + NH3) and were crosslinked with glutaraldehyde (GA), characterized and their efficiency on nanofiltration was tested for the rejection of monovalent salts (AgNO3 and NaCl) and bivalent salts (MgCl2 and ZnSO4). NHS, NH1 and NH3 were characterized by physicochemical techniques that proved functionalization, increase in diameter and stability in suspension after amino-functionalization. The toxicities of the SiO2 NM were evaluated to Daphnia magna and their cytotoxicity through Vero cell exposure. Membranes toxicities were assessed by acute assay with D. magna after their leaching. The acute toxicity tests with NM SiO2 for the organism D. magna resulted in low toxicity, while the chronic test showed mainly effect on reproduction and ultrastructural changes in eggs of exposed organisms. Effects on antennae and gills and on mitochondria and microvilli of the intestine of exposed organisms were also observed. The NM SiO2 also showed cytotoxicity (major to minor: NH3 > NH1 >> NHS) to Vero cells and toxicity pathways were investigated, highlighting the production of reactive oxygen species (ROS) and lipoperoxidation (LPO). There were internalization of NM SiO2, effects on mitochondria, nuclear membranes and rough endoplasmic reticulum. For the membranes, the properties of hydrophilicity and efficiency were improved, and MS, M1 and M3 obtained higher rejections of MgCl2, NaCl and ZnSO4 than M0. In the filtration of AgNO3, M1 and M3 membranes obtained rejections similar to M0. M1 was the most efficient membrane when considering permeation flux and salt rejection. The leaching of the membranes resulted in low Si release and the leachates were not toxic to D. magna. Therefore, improvements in the hydrophilicity and efficiency of NF membranes with the addition of the NM SiO2 were identified without these conferring toxicity to the liquid medium

Membrane adsorption with polyacrylonitrile prepared with superfine powder activated carbon, case study: separation process applied in water treatment containing diclofenac

Polyacrylonitrile membranes (PAN) have high stability against chemical agents, making them suitable for a wide range of applications as such Ultrafiltration processes. Ultrafiltration membranes composed of PAN/Superfine powder activated carbon (S-PAC) mixtures can be a good research route, aiming the development of a new separation processes for water treatment. The association of materials to form a single product can have technological and economic advantages in separation processes. In this study, S-PAC impregnated into PAN membranes were prepared, characterized and used, as a case study, to remove diclofenac (DCF) from water. The membranes (PAN/S-PAC) were synthesized with different concentrations of S-PAC (0.2, 0.6, 1.0, 3.0 and 5.0 wt%) by a phase inversion process. The results of the TEM characterizations of the S-PAC indicated the presence of micro and nanoparticles (∼10 nm) and tending to form micrometric clusters. The infrared spectra of the membranes were characteristic of PAN; however, vibrational bands attributed to the S-PAC spectrum were also observed, which indicated an interaction between the materials. The case study showed an increase in the water flux and in the DCF rejection efficiency, for composite membranes (PAN/S-PAC) with higher concentration of S-PAC. The results of static adsorption tests indicated that the mechanism of DCF rejection occurred predominantly by adsorption. There were indications that the PAN/S-PAC membranes formed a composite material and the PAN/S-PAC (3.0) presented the best study composition given the results. Although the research is in its initial phase, the results indicated that the composition can improve many water treatment systems

Membrane adsorption with polyacrylonitrile prepared with superfine powder-activated carbon, case study: separation process applied in water treatment containing diclofenac

Polyacrylonitrile membranes (PAN) have high stability against chemical agents, making them suitable for a wide range of applications as such Ultrafiltration processes. Ultrafiltration membranes composed of PAN/Superfine powder activated carbon (S-PAC) mixtures can be a good research route, aiming the development of a new separation processes for water treatment. The association of materials to form a single product can have technological and economic advantages in separation processes. In this study, S-PAC impregnated into PAN membranes were prepared, characterized and used, as a case study, to remove diclofenac (DCF) from water. The membranes (PAN/S-PAC) were synthesized with different concentrations of S-PAC (0.2, 0.6, 1.0, 3.0 and 5.0 wt%) by a phase inversion process. The results of the TEM characterizations of the S-PAC indicated the presence of micro and nanoparticles (∼10 nm) and tending to form micrometric clusters. The infrared spectra of the membranes were characteristic of PAN; however, vibrational bands attributed to the S-PAC spectrum were also observed, which indicated an interaction between the materials. The case study showed an increase in the water flux and in the DCF rejection efficiency, for composite membranes (PAN/S-PAC) with higher concentration of S-PAC. The results of static adsorption tests indicated that the mechanism of DCF rejection occurred predominantly by adsorption. There were indications that the PAN/S-PAC membranes formed a composite material and the PAN/S-PAC (3.0) presented the best study composition given the results. Although the research is in its initial phase, the results indicated that the composition can improve many water treatment systems

Membrane adsorption with polyacrylonitrile prepared with superfine powder-activated carbon, case study: separation process applied in water treatment containing diclofenac

Polyacrylonitrile membranes (PAN) have high stability against chemical agents, making them suitable for a wide range of applications as such Ultrafiltration processes. Ultrafiltration membranes composed of PAN/Superfine powder activated carbon (S-PAC) mixtures can be a good research route, aiming the development of a new separation processes for water treatment. The association of materials to form a single product can have technological and economic advantages in separation processes. In this study, S-PAC impregnated into PAN membranes were prepared, characterized and used, as a case study, to remove diclofenac (DCF) from water. The membranes (PAN/S-PAC) were synthesized with different concentrations of S-PAC (0.2, 0.6, 1.0, 3.0 and 5.0 wt%) by a phase inversion process. The results of the TEM characterizations of the S-PAC indicated the presence of micro and nanoparticles (∼10 nm) and tending to form micrometric clusters. The infrared spectra of the membranes were characteristic of PAN; however, vibrational bands attributed to the S-PAC spectrum were also observed, which indicated an interaction between the materials. The case study showed an increase in the water flux and in the DCF rejection efficiency, for composite membranes (PAN/S-PAC) with higher concentration of S-PAC. The results of static adsorption tests indicated that the mechanism of DCF rejection occurred predominantly by adsorption. There were indications that the PAN/S-PAC membranes formed a composite material and the PAN/S-PAC (3.0) presented the best study composition given the results. Although the research is in its initial phase, the results indicated that the composition can improve many water treatment systems