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Type: Tese
Title: Degradação de levofloxacino e imidacloprido: um estudo da geração de radicais catalisada por resíduo da siderurgia
Title in English: Degradation of levofloxacin and imidacloprid: a study of the generation of radicals catalyzed by steel mill waste
Authors: Nascimento, Carlos Pedro Gonçalves do
Advisor: Longhinotti, Elisane
Keywords in Brazilian Portuguese : Carepa;Degradação de contaminantes orgânicos;Reações tipo-Fenton;Espécies reativas de oxigênio
Keywords in English : Mill scale;Degradation of organic contaminants.;Fenton-like reaction;Reactive oxigen species
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA
Issue Date: 2023
Citation: NASCIMENTO, Carlos Pedro Gonçalves do. Degradação de levofloxacino e imidacloprido: um estudo da geração de radicais catalisada por resíduo da siderurgia. 2023. 106 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Neste trabalho, foi avaliada a utilização da carepa, um resíduo da indústria siderúrgica formado na etapa de lingotamento contínuo da produção de aço, como ativador de peróxido de hidrogênio (H2O2) e peroximonossulfato (PMS) para promover a geração de espécies reativas de oxigênio (EROs) por meio de reações do tipo-Fenton, sem a necessidade de quaisquer fontes de energia externa, o que torna o processo menos oneroso. A eficiência do resíduo nessas reações está relacionada ao seu alto teor de ferro, que foi quantificado por espectroscopia de absorção atômica em chama, apresentando em torno de 42% em massa do metal. Esse elevado conteúdo de ferro pode ser explicado pela majoritária presença de óxidos desse metal, tais como wustita (FeO), hematita (Fe2O3) e magnetita (Fe3O4), todos identificados por difração de raios-X e confirmados por espectroscopia Mössbauer. As espécies reativas geradas foram capazes de promover a degradação de dois contaminantes orgânicos em solução aquosa: o fármaco levofloxacino (LVF), bem como o inseticida imidacloprido (IMD), além de levar à mineralização parte do que foi degradado desses compostos em solução aquosa. Após 1 hora de reação, o sistema H2O2/carepa promoveu a degradação de 93% de LVF e a mineralização de cerca de 70% do composto, enquanto a degradação de IMD foi de 80% após 2 horas, e praticamente todo esse percentual sofreu mineralização. Ensaios de captura de espécies reativas indicaram que o radical hidroxila (HO•) foi o responsável pela degradação do inseticida no sistema H2O2/carepa, enquanto na degradação de LVF, apesar desse radical ter sido a espécie ativa majoritária, os radicais superóxido/hidroperoxila (O2•-/HO2•) também tiveram participação na decomposição do fármaco no sistema estudado. Por meio de ensaios utilizando o filtrado da solução do sistema heterogêneo, obtido após a reação no sistema H2O2/carepa, foi possível avaliar a contribuição das reações homogêneas sobre a degradação de ambos os compostos no sistema heterogêneo do tipo-Fenton. Os resultados indicaram que a degradação de LVF ocorreu, majoritariamente, por meio de reações homogêneas, propiciadas pela lixiviação de íons ferro no sistema H2O2/carepa, ao passo que a degradação de IMD foi predominantemente favorecida por reações de superfície. Além disso, o resíduo apresentou alta estabilidade frente à lixiviação de íons ferro, com índices em torno de 3,3–4,4 mg de ferro por grama de carepa após a degradação de LVF, e aproximadamente 1,3 mg por grama de carepa após a degradação de IMD, o que representa apenas cerca de 1,0% e 0,3% do conteúdo total do metal liberado após a degradação de LVF e IMD, respectivamente. Análises de raio-X do resíduo após a reação de degradação de IMD indicaram que o conteúdo de ferro liberado do material foi majoritariamente proveniente da fase hematita (Fe2O3). Ademais, excelente capacidade de reuso foi apresentada pelo resíduo, mantendo os mesmos índices de degradação do fármaco em até 5 ciclos de reação verificados, e perdendo apenas cerca de 15% de eficiência na degradação do inseticida ao longo dos 5 ciclos reacionais.
Abstract: In this work, the use of mill scale, a steel waste formed in the continuous casting stage of steel production, was evaluated as an activator of hydrogen peroxide (H2O2) and peroxymonosulfate (PMS) to promote the generation of reactive oxygen species (ROS) through Fenton-like reactions, without the need for any external energy sources, which makes the process less costly. The efficiency of the residue in these reactions is related to its high iron content, which was quantified by flame atomic absorption spectroscopy, presenting around 42% by mass of the metal. This high iron content can be explained by the majority presence of iron oxides, such as wustite (FeO), hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4), all identified by X-ray diffraction and confirmed by Mössbauer spectroscopy. The reactive species generated were able to promote the degradation of two organic contaminants in aqueous solution: the drug levofloxacin (LVF), as well as the insecticide imidacloprid (IMD), in addition to leading to the mineralization of part of what was degraded from these compounds in aqueous solution. After 1 hour of reaction, the H2O2/mill scale system promoted a degradation of 93% of LVF and the mineralization of about 70% of the compound, while the degradation of IMD was 80% after 2 hours, and practically all of this percentage underwent mineralization. Reactive species capture tests indicated that the hydroxyl radical (HO•) was responsible for the degradation of the insecticide in the H2O2/mill scale system, while in the degradation of LVF, although this radical was the most active species, the superoxide/hydroperoxyl radicals (O2•-/HO2•) also participated in the decomposition of the drug in the studied system. Through the tests using the filtrate of the heterogeneous system solution, obtained after the reaction in the H2O2/mill scale system, it was possible to evaluate the contribution of the homogeneous reactions on the degradation of both compounds in the Fenton-like heterogeneous system. The results indicated that the degradation of LVF occurred mainly through homogeneous reactions, propitiated by the leaching of iron ions in the H2O2/mill scale system, while the degradation of IMD was predominantly favored by surface reactions. In addition, the mill scale showed high stability against iron ion leaching, with rates around 3.3–4.4 mg of iron per gram of scale after degradation of LVF, and approximately 1.3 mg per gram of scale after IMD degradation, which represents only about 1.0% and 0.3% of the total metal content released after LVF and IMD degradation, respectively. X-ray analyzes of the residue after the IMD degradation reaction indicated that the iron content released from the material was mainly from the hematite phase (Fe2O3). In addition, excellent reuse capacity was received by the mill scale, maintaining the same drug degradation rates in up to 5 verified reaction cycles, and losing only around 15% efficiency in insecticide degradation throughout the 5 reaction cycles.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74713
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2803-3192
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1852500875210242
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4782-6905
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8768601943511313
Access Rights: Acesso Aberto
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