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Title: Efeito do dióxido de titânio na decomposição fotocatalítica de substâncias persistentes no ambiente: corantes têxteis e interferentes endócrinos
Other Titles: Effect of titanium dioxide in the photocatalytic decomposition of persistent chemicals in the environment: textiles and dyes endocrine interfering
Advisor: Moreira, Josino Costa
Oliveira, Anabela Sousa de
Authors: Saggioro, Enrico Mendes
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: O objetivo do presente trabalho foi estudar a degradação fotocatalítica de três corantes e um interferente endócrino mediado pelo dióxido de titânio (TiO2). Foi estudada a degradação fotocatalítica de dois azo corantes comerciais, respectivamente o C.I Reactive Black 5 e o C.I Reactive Red 239. Para esse estudo foi utilizado o TiO2 P25 Evonik como catalisador e os experimentos foram realizados em solução aquosa com reator artificial equipado com lâmpada de vapor de mercúrio 125W. Nesse estudo, foram avaliados os seguintes parâmetros: concentração de TiO2, tempo de irradiação, pH, concentração inicial de corante, presença de diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio e degradação em sistema bi-compartimental para os dois azo corantes. O outro corante estudado foi o Índigo Carmine (IC). Primeiramente foi investigada a descoloração do corante em efluente modelo usando processo físico e químico para sua remoção. Os experimentos de descoloração do efluente contendo o corante IC foram realizados usando carvão ativado no escuro e com irradiação. Além disso, o efeito do carvão ativado/TiO2/UV foi avaliado pelo mesmo sistema. Os parâmetros da degradação do IC foram realizados, seguindo: concentração de TiO2, pH, concentração inicial de corante, presença de ânions inorgânicos, temperatura, concentração de peróxido de hidrogênio. A eficiência de três diferentes reatores (Reator 1 – reator do tipo batch com lâmpada vapor de mercúrio 125W; Reator 2 – reator do tipo batch equipado com 4 lâmpadas daylight 20W; Reator 3 – reator tubular de fluxo contínuo equipado com uma lâmpada daylight 20W) e reator batch com luz solar foram avaliados para degradação do IC. Além disso, otimizados experimentos foram realizados em planta piloto com compound parabolic collector reatores (CPC) na Plataforma Solar de Almería, Espanha, com TiO2 em suspensão e suportado. O IC foi estudado em diferentes tipos de águas, sendo elas: água destilada, água sintética moderadamente dura, água sintética e real de estação de tratamento de água residuária (ETAR). Testes ecotoxicológicos para o IC foram realizados em dois diferentes níveis tróficos de cadeia alimentar (Daphnia similis e Pseudokirchneriella subcapitata) e testes com minhocas Eisenia andrei. A degradação fotocatalítica do Bisfenol A (BPA) em diferentes tipos de águas na presença de TiO2 foi feita sob diferentes condições. O TiO2 em suspensão foi utilizado para comparar a eficiência da degradação do BPA (20 mgL-1 ) em batch e CPC reatores. O TiO2 foi suportado em esferas de vidro pelo método sol-gel e usado em reatores solares CPC em escala piloto para degradação do BPA (100 µgL-1 ). A influência das espécies reativas (OH• , O2 •- , h + ) foi avaliada. Testes ecotoxicológicos com minhocas Eisenia andrei também foram realizados para o BPA e seus produtos de degradação.
Abstract: The aim this study was evaluated the photocatalytic degradation mediated titanium dioxide (TiO2) for three dyes and one endocrine disruptor. The photocatalytic degradation of two commercial textile azo dyes, respectively C.I Reactive Black 5 and C.I Reactive Red 239 has been studied. TiO2 P25 Evonik was used as catalyst and photodegradation was carried out in aqueous solution under artificial irradiation with a 125W mercury vapor lamp. The effects of the amount of TiO2 used, UV-light irradiation time, pH of the solution under treatment, initial concentration of the azo dye and addition of different concentrations of hydrogen peroxide were investigated. The effect of the simultaneous photodegradation of the two azo dyes was also investigated. The other dye studied was Indigo Carmine (IC). First was investigated the decolorization of a model water effluent containing indigo carmine dye under physical and chemical different treatments. Experiments on decolorization of the effluent containing indigo dye were performed using activated carbon in the dark and under irradiation. Furthermore the effect of activated carbon/TiO2/UV was tested for the same system. The effects of parameters in the IC degradation were evaluated under artificial irradiation with a 125 W mercury vapor lamp. The effects of the amount of TiO2, pH of the solution, initial concentration of the dye, presence of inorganic anions, temperature and addition of different concentrations of hydrogen peroxide were investigated. The efficiency of three different artificial photoreactors (Reactor 1 – batch magnetically stirred reactor with 125 watts mercury vapor lamp; Reactor 2 - batch magnetically stirred reactor with 4 lamps daylight 20 watts; Reactor 3 - glass tubular continuous-flow reactor, illuminated inside by one daylight 20W lamp) were evaluated. Also, the same parameters were evaluated for batch solar experiments. Furthemore, the optimized experiments was performed in a solar compound parabolic collector (CPC) pilot plant in Plataforma Solar de Almería, Espanha, under suspended and supported TiO2. IC was spiked in several types of water such as distilled water, synthetic moderately hard freshwater, synthetic and real secondary municipal wastewater treatment plant (MWWTP). The ecotoxicological effects of IC were evaluated for two different food chain levels (Daphnia similis and Pseudokirchneriella subcapitata) and Eisenia andrei earthworms. Photocatalytic degradation of Bisphenol A (BPA) in waters and wastewaters in the presence of titanium dioxide (TiO2) was performed under different conditions. Suspensions of the TiO2 were used to compare the degradation efficiency of BPA (20 mgL-1 ) in batch and CPC reactors. A TiO2 catalyst supported on glass spheres beads was prepared (sol-gel method) and used in a CPC solar pilot plant for the photodegradation of BPA (100 µgL-1 ). The influence of OH• , O2 •- , h + on the BPA degradation were evaluated. Some toxicological effects of BPA and its photoproducts on Eisenia andrei earthworms were evaluated.
Keywords: Dyes
Endocrine disruptors
TiO2
Wastewater treatment
Ecotoxicology
keywords: Corantes
Interferentes endócrinos
TiO2
Tratamento de Águas Residuais
Ecotoxicologia
DeCS: Corantes – toxicidade
Titânio – antagonistas & inibidores
Sistema Endócrino – metabolismo
Indústria Têxtil
Tratamento de Águas Residuárias
Meio Ambiente
Issue Date: 2014
Citation: SAGGIORO, Enrico Mendes. Efeito do dióxido de titânio na decomposição fotocatalítica de substâncias persistentes no ambiente: corantes têxteis e interferentes endócrinos. 2014. xxiv,243 f. Tese (Doutorado em Saúde Pública e Meio Ambiente) - Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2014.
Date of defense: 2014
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca. Fundação Oswaldo Cruz
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Escola Nacional de Saúde Pública
Program: Programa de Pós-Graduação em Saúde Pública e Meio Ambiente
Copyright: open access
Appears in Collections:ENSP - PPGSPMA - Teses de Doutorado
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