Degradação do 2,4,6-triclorofenol através de redução mediada por cobre de valência zero acoplada a oxidação UV/H2O2
During the disinfection stage of water treatment, the combination of the remaining organic matter with free chlorine can lead to the generation of organochlorine compounds. Among these is 2,4,6-trichlorophenol (TCP), with high environmental persistence and carcinogenic character, which is include...
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| Main Author: | |
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| Format: | masterThesis |
| Language: | pt_BR |
| Published: |
Brasil
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| Online Access: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26681 |
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Repositório Institucional |
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2,4,6-triclorofenol Cobre de valência zero Coluna de leito fixo UV/H2O2 Toxicidade CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
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2,4,6-triclorofenol Cobre de valência zero Coluna de leito fixo UV/H2O2 Toxicidade CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Souza, Larissa Pinheiro de Degradação do 2,4,6-triclorofenol através de redução mediada por cobre de valência zero acoplada a oxidação UV/H2O2 |
| description |
During the disinfection stage of water treatment, the combination of the
remaining organic matter with free chlorine can lead to the generation of organochlorine
compounds. Among these is 2,4,6-trichlorophenol (TCP), with high environmental
persistence and carcinogenic character, which is included in the priority list of the United
States Environmental Protection Agency – USEPA. Despite drinking water usually containing
low concentrations of this compound (ng L-1
), its bioaccumulative effect may cause long-term
health problems, which alerts to the need of TCP-contaminated water remediation. Advanced
Oxidative Processes (AOPs) have been successfully applied in the removal of many persistent
pollutants, although in the case of organochlorines, due to their deficient electron groups
(halogens) and consequent oxidation resistance, AOPs effectiveness may drop. However, this
can be surpassed by combining a pre-reductive step before oxidation, thus facilitating
organochlorines degradation. Therefore, the present work proposes a system that couples a
reductive process mediated by zero-valent-copper with an oxidation process mediated by
hydroxyl radicals (
OH). A preliminary study was undertaken to evaluate the influence of
different reaction variables and system conformation: batch and packed bed - column with
recycling. In the latter, different reactive materials were tested, among them copper wires
obtained from electronic waste, as well as different metal and contaminant concentrations,
through statistical experimental design. From this study, the best reductive degradation
conditions were obtained. Then, the degradation of TCP was performed by an advanced
oxidation process (UV / H2O2), in order to compare with the first step. In this one, the
influence of the oxidant concentration (H2O2) was evaluated, in order to adopt the most
suitable for subsequent coupling with the reductive step. Finally, the combination of both
processes was performed, by submitting the solutions that were previously reduced to the
UV/H2O2 process. In both steps two aqueous matrices were tested (deionized and tap water).
Toxicity assays with Vibrio fischeri luminescent bacteria were also carried out, in order to
evaluate the processes effectiveness in the toxicity removal. With the aim of proposing
degradation pathways for each process studied, the reaction intermediates were identified by
mass spectrometry. The results showed that the best reductive reactor configuration was the
packed bed - column, achieving 80% of TCP degradation, with30.6 g of obsolete copper wires
and [TCP] 0 = 10 mg L-1
(0.0506 mmolL-1
). However, this process only led to TCP
dechlorination, not promoting any pollutant mineralization. On the other hand, a total TCP
degradation and 40% mineralization was observed in 4 minutes of oxidation with the UV /
H2O2process, using 0.056 mmol L-1
of H2O2. By coupling the two processes, a 52%
mineralization was achieved within the same reaction period, thus proving that the prereductive step improved the organochlorine oxidation. Solutions presenting high degradation
values from the reductive step were generally more toxic than the parent-compound, while
oxidized solutions presented a certain relation between mineralization and toxicity removal,
although not linearly for all the cases. |
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Chiavone Filho, Osvaldo |
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Chiavone Filho, Osvaldo Souza, Larissa Pinheiro de |
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ri-123456789-266812019-05-26T06:11:41Z Degradação do 2,4,6-triclorofenol através de redução mediada por cobre de valência zero acoplada a oxidação UV/H2O2 2,4,6-Trichlorophenol degradation by means of a zero-valentcopper reductive process, coupled to UV / H2O2 oxidation Souza, Larissa Pinheiro de Chiavone Filho, Osvaldo Graça, Cátia Alexandra Leça Moriyama, André Luis Lopes Vilar, Vitor Jorge Pais 2,4,6-triclorofenol Cobre de valência zero Coluna de leito fixo UV/H2O2 Toxicidade CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA During the disinfection stage of water treatment, the combination of the remaining organic matter with free chlorine can lead to the generation of organochlorine compounds. Among these is 2,4,6-trichlorophenol (TCP), with high environmental persistence and carcinogenic character, which is included in the priority list of the United States Environmental Protection Agency – USEPA. Despite drinking water usually containing low concentrations of this compound (ng L-1 ), its bioaccumulative effect may cause long-term health problems, which alerts to the need of TCP-contaminated water remediation. Advanced Oxidative Processes (AOPs) have been successfully applied in the removal of many persistent pollutants, although in the case of organochlorines, due to their deficient electron groups (halogens) and consequent oxidation resistance, AOPs effectiveness may drop. However, this can be surpassed by combining a pre-reductive step before oxidation, thus facilitating organochlorines degradation. Therefore, the present work proposes a system that couples a reductive process mediated by zero-valent-copper with an oxidation process mediated by hydroxyl radicals ( OH). A preliminary study was undertaken to evaluate the influence of different reaction variables and system conformation: batch and packed bed - column with recycling. In the latter, different reactive materials were tested, among them copper wires obtained from electronic waste, as well as different metal and contaminant concentrations, through statistical experimental design. From this study, the best reductive degradation conditions were obtained. Then, the degradation of TCP was performed by an advanced oxidation process (UV / H2O2), in order to compare with the first step. In this one, the influence of the oxidant concentration (H2O2) was evaluated, in order to adopt the most suitable for subsequent coupling with the reductive step. Finally, the combination of both processes was performed, by submitting the solutions that were previously reduced to the UV/H2O2 process. In both steps two aqueous matrices were tested (deionized and tap water). Toxicity assays with Vibrio fischeri luminescent bacteria were also carried out, in order to evaluate the processes effectiveness in the toxicity removal. With the aim of proposing degradation pathways for each process studied, the reaction intermediates were identified by mass spectrometry. The results showed that the best reductive reactor configuration was the packed bed - column, achieving 80% of TCP degradation, with30.6 g of obsolete copper wires and [TCP] 0 = 10 mg L-1 (0.0506 mmolL-1 ). However, this process only led to TCP dechlorination, not promoting any pollutant mineralization. On the other hand, a total TCP degradation and 40% mineralization was observed in 4 minutes of oxidation with the UV / H2O2process, using 0.056 mmol L-1 of H2O2. By coupling the two processes, a 52% mineralization was achieved within the same reaction period, thus proving that the prereductive step improved the organochlorine oxidation. Solutions presenting high degradation values from the reductive step were generally more toxic than the parent-compound, while oxidized solutions presented a certain relation between mineralization and toxicity removal, although not linearly for all the cases. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Durante a etapa de desinfecção da água de abastecimento, a combinação da matéria orgânica, ainda presente, ao cloro residual livre, leva à geração de substâncias organocloradas. Dentre essas, encontra-se o 2,4,6 – triclorofenol (TCP), com elevada persistência ambiental e de caráter carcinogênico, constando, inclusive, na lista prioritária da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA. A água de abastecimento apresenta normalmente baixos valores desse composto (ng L-1 ), mas mesmo em concentrações baixas, a sua capacidade bioacumulativa pode provocar efeitos nocivos a longo prazo, havendo assim a necessidade de remediar as águas contaminadas com TCP. Processos Oxidativos Avançados (POA) mostram-se eficientes na degradação de compostos orgânicos persistentes, porém, quando se trata de organoclorados, por estes apresentarem grupos deficientes de elétrons (halogênios),e, consequentemente, resistência à oxidação, a eficiência pode não ser a mesma. Uma alternativa para isso é a utilização de uma pré-etapa redutiva, facilitando assim a sua posterior oxidação. Desta forma, o presente trabalho propõe um sistema que vai acoplar um processo redutivo com cobre de valência zero a um processo fotooxidativo mediado por radicais hidroxila (OH). Inicialmente, em um estudo preliminar da influência das variáveis, investigou-se a redução através de dois processos: batelada e coluna de leito fixo com reciclo. No processo em coluna, testaram-se diferentes materiais reativos, dentre eles o fio de cobre advindo de sucata eletrônica, assim como a influência da concentração de metal e contaminante, através de delineamento experimental estatístico. Deste estudo obtiveram-se as melhores condições de degradação redutiva a serem aplicadas no acoplamento dos processos. Em seguida, estudou-se a degradação do TCP por um processo oxidativo avançado (UV/H2O2), de forma a se comparar com a primeira etapa. Neste verificou-se a influência da concentração de oxidante (H2O2), de forma a encontrar a mais adequada para posterior acoplamento à etapa redutiva. Por fim, soluções previamente reduzidas foram oxidadas, acoplando-se assim os processos. Em ambas as etapas foram testadas duas matrizes aquosas (sintética e real). Foram ainda realizados testes de toxicidade com a bactéria Vibrio fischeri para avaliação da eficácia do tratamento na remoção da toxicidade. Os intermediários das reações foram identificados por espectrometria de massa, sendo proposto um mecanismo reacional para os sistemas estudados. Dessa forma, os resultados mostraram que 80 % do TCP foi degradado pelo processo redutivo mediado por fios de cobre obsoletos, usando 30,6 g cobre e [TCP]0 = 10 mg L-1 (0,0506 mmol L-1 ) no sistema de coluna de leito fixo, porém não houve mineralização do poluente, havendo apenas a descloração da molécula. No processo de oxidação por UV/H2O2, observou-se degradação total do contaminante em 4 minutos e um máximo de 40 % de mineralização, usando 0,056 mmol L -1 de H2O2. Acoplando os dois processos, uma mineralização de 52% foi alcançada no mesmo tempo de reação, comprovando assim que a pré-redução do organoclorado facilita a sua posterior oxidação. As soluções que apresentaram maiores degradações na etapa redutiva coincidiram com uma maior toxicidade contra V.fishceri. Contudo, na oxidação, foi possível perceber uma relação entre mineralização e remoção de toxicidade, porém essa relação não é linear em todos os casos estudados. 2019-03-07T22:05:14Z 2019-03-07T22:05:14Z 2019-01-18 masterThesis SOUZA, Larissa Pinheiro de. Degradação do 2,4,6-triclorofenol através de redução mediada por cobre de valência zero acoplada a oxidação UV/H2O2. 2019. 128f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26681 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA |