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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Title: Influência das espécies de ferro e matrizes aquosas na degradação do antibiótico cloranfenicol pelo processo foto-Fenton: identificação dos produtos de transformação
Alternate title (s): Influence of iron species and aqueous matrices in the degradation of the antibiotic chloramphenicol by photo-Fenton process: identification of transformation products
Author: Ricardo, Ivo Amildon
First Advisor: Trovó, Alam Gustavo
First member of the Committee: Batista, Alex Domingues
Second member of the Committee: Teixeira, Antonio Carlos Silva Costa
Summary: Neste trabalho foi avaliada a degradação de uma solução 2,0 μmol L-1 do antibiótico cloranfenicol (CFC) pelo processo foto-Fenton em água deionizada, água de rio e efluente da estação de tratamento de esgoto (ETE) utilizando diferentes espécies de ferro. Os experimentos foram feitos em reatores tipo tanque e a eficiência de degradação do CFC foi baseada no decaimento da concentração de CFC, determinada por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), assim como no consumo de H2O2 e determinação da toxicidade aguda para a bactéria Vibrio fischeri. Os produtos de degradação (PDs) em água deionizada também foram identificados por HPLC acoplada à espectrometria de massas de alta resolução. Inicialmente, em água deionizada e sob radiação artificial, diferentes sais e complexos de ferro (FeSO4.7H2O – Fe2+, Fe(NO3)3.9H2O - Fe3+, C6H11FeNO7 - FeCit e K3Fe(C2O4)3.3H2O - FeOx) e concentrações (2, 8, 16 e 32 μmol L-1) foram avaliados utilizando 44 μmol L-1 H2O2 em pH inicial 2,7. Na sequência, foi avaliada a influência da concentração de H2O2 (22, 44 e 88 μmol L-1) utilizando 32 μmol L-1 de FeOx em pH 2,7. Utilizando a melhor espécie de ferro – FeOx e concentrações de ferro e H2O2, 32 μmol L-1 de FeOx e 44 μmol L-1 de H2O2, a degradação de CFC foi avaliada em diferentes valores de pH (2,7; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0 e 8,0), sendo obtida 100% de degradação de CFC em pH 2,7. Contudo, em pH inicial 6,0 foi possível atingir 74% de degradação de CFC após 60 min. Também foi observado que em pH inicial 6,0, adições múltiplas do ligante oxalato durante o experimento permitiram 100% de degradação de CFC. Em seguida, em pH inicial 6,0, foram feitos experimentos sob radiação solar e artificial, visando identificar os PDs e monitorar a evolução da toxicidade aguda para a bactéria V. fischeri, assim como comparar ambas fontes de radiação. Um decaimento mais rápido na degradação de CFC ocorreu sob radiação solar, o que está relacionado ao maior espectro fornecido pela radiação solar. Também foi observado que a solução inicial de CFC não apresentou toxicidade para V. fischeri, assim como houve a formação de PDs de baixa toxicidade utilizando ambas fontes de radiação. Análises de HPLC-MS-Q-TOF permitiram identificar três PDs (PD1, PD2 e PD3) majoritários de m/z 337; 166 e 335. O PD1 oriundo da hidroxilação do anel aromático do CFC, o PD2 de ataques de HO• em radicais benzílicos e o PD3, da adição do radical HO• ao radical α-carbonilo. Na sequência, visando a aplicação do processo foto-Fenton em matrizes reais, foi avaliada a degradação do CFC em águas superficiais: água de rio e efluente de ETE. Inicialmente, foi avaliada a influência da concentração de FeOx (16, 32, 48 e 64 μmol L-1) na degradação de CFC em água de rio em pH inicial 5,8 (natural da água de rio) na presença de 44 μmol L-1 de H2O2. Posteriormente, foi avaliada a influência da concentração de H2O2 (44, 60 e 88 μmol L-1) na degradação de CFC utilizando a melhor concentração de FeOx - 48 μmol L-1. Melhores resultados foram obtidos com 48 μmol L-1 de FeOx e 44 μmol L-1 de H2O2. Sob tais condições experimentais, também foi observado que a reposição do ligante oxalato durante o experimento aumenta a eficiência degradação de CFC de 90 para 100%. A influência da concentração de FeOx (48, 96, 144 e 192 μmol L-1) na presença de 1500 μmol L-1 H2O2 em pH inicial 6,0 também foi avaliada durante a degradação de CFC para a matriz de efluente de ETE. A concentração de CFC ficou abaixo do limite de quantificação do equipamento (LQ  0,42 µmol L-1) na presença de 192 μmol L-1 de FeOx após 25 min de tratamento. Em seguida, sob as melhores condições experimentais obtidas para cada matriz, foram feitos experimentos sob radiação artificial e solar, sendo monitorada a toxicidade para V. fischeri. Melhores resultados de degradação de CFC em água de rio e efluente de ETE foram obtidos sob radiação solar, com a geração de um efluente de baixa toxicidade para a bactéria V. fischeri. Esses resultados mostram a viabilidade do processo foto-Fenton solar como alternativa para o tratamento de matrizes contendo este tipo de poluente.
Abstract: In this work the degradation of a solution 2.0 μmol L-1 of the antibiotic chloramphenicol (CAP) by the photo-Fenton process in deionized water, river water and effluent from sewage treatment plant (STP) using different iron species was evaluated. The experiments were performed in tank-type reactors and the CAP degradation efficiency was based on the decay of the CAP concentration determined by high performance liquid chromatography (HPLC) as well as the H2O2 consumption and determination of the acute toxicity to the Vibrio fischeri bacteria. Degradation products (DPs) in deionized water were also identified by HPLC coupled with high resolution mass spectrometry. Initially, in deionized water and under artificial radiation, different salts and iron complexes (FeSO4.7H2O – Fe2+, Fe(NO3)3.9H2O – Fe3+, C6H11FeNO7 - FeCit and K3Fe(C2O4)3.3H2O - FeOx) and concentrations (2, 8, 16 and 32 μmol L-1) were evaluated using 44 μmol L-1 of H2O2 at initial pH 2.7. In sequence, the influence of the H2O2 concentration (22, 44 and 88 μmol L-1) was evaluated using 32 μmol L-1 of FeOx at pH 2.7. Using the best iron species – FeOx and concentrations of iron and H2O2, 32 μmol L-1 of FeOx and 44 μmol L-1 of H2O2, CAP degradation was evaluated at different pH values (2.7; 4.0, 5.0, 6.0, 7.0 and 8.0), with 100% degradation of CAP at pH 2.7. However, at initial pH 6.0 it was possible to achieve 74% CAP degradation after 60 min. It was also observed that at initial pH 6.0, multiple additions of the oxalate complexing during the experiment allow 100% CAP degradation. Then, at initial pH 6.0, experiments were performed under solar and artificial radiation, aiming to identify the DPs and to monitor the evolution of the acute toxicity to V. fischeri bacteria, as well as to compare both sources of radiation. A faster decay of CAP degradation occurred under solar radiation, which is related to the larger spectrum provided by solar radiation. It was also observed that the initial CAP solution showed no toxicity to V. fischeri, as well as the formation of low toxicity DPs using both sources of radiation. HPLC-MS-Q-TOF analyzes allowed to identify three major DPs (DP1, DP2 and DP3) of m/z 337; 166 and 335. DP1 derives from the hydroxylation of the CAP aromatic ring, the DP2 from HO• attacks on benzyl radicals and DP3 from the addition of the HO• radical to the α-carbonyl radical. Following the application of the photo-Fenton process in real matrices, the CAP degradation was evaluated in surface waters: river water and STP effluent. Initially, the influence of the FeOx concentration (16, 32, 48 e 64 μmol L-1) on the degradation of CAP in river water at initial pH 5.8 (natural river water) in the presence of 44 μmol L-1 of H2O2 was evaluated. Subsequently, the influence of H2O2 concentration (44, 60 and 88 μmol L-1) on CAP degradation was evaluated using the best concentration of FeOx - 48 μmol L-1. Better results were obtained with 48 μmol L-1 of FeOx and 44 μmol L-1 of H2O2. Under such experimental conditions, it was also observed that the replacement of the oxalate complexing during the experiment increases the efficiency of CAP degradation from 90 to 100%. The influence of the concentration of FeOx (48, 96, 144 and 192 μmol L-1) in the presence of 1500 μmol L-1 of H2O2 at initial pH 6.0 during the CAP degradation to the STP effluent matrix, was also evaluated. The concentration of CAP was below the limit of quantification of the equipment (QL < 0.42 μmol L-1) in the presence of 192 μmol L-1 of FeOx after 25 min of treatment. Then, under the best experimental conditions obtained for each matrix, experiments were performed under artificial and solar radiation, and toxicity to V. fischeri was monitored. Better results of CAP degradation in river water and STP effluent were obtained under solar radiation, with the generation of a low toxicity effluent for V. fischeri bacteria. These results show the viability of the solar photo-Fenton process as an alternative for the treatment of matrices containing this type of pollutant.
Keywords: Produtos de degradação
Toxicidade
Processos de oxidação avançada
Fármacos
Degradation products
Toxicity
Advanced oxidation processes
Pharmaceuticals
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTAL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: RICARDO, Ivo Amildon, Influência das espécies de ferro e matrizes aquosas na degradação do antibiótico cloranfenicol pelo processo foto-Fenton: identificação dos produtos de transformação. 2017. 101 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
Document identifier: disponível em http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.85
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/19961
Date of defense: 1-Dec-2017
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