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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-1089-8486
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2025-06-30
Title: Potential of organic iron complexes and peroxide sources as alternative degradation of the mixture of benzophenone-3, fipronil and propylparaben in tertiary wastewater under solar radiation
Alternate title (s): Potencial de complexos orgânicos de ferro e fontes de peróxido como alternativa de degradação da mistura de benzofenona-3, fipronil e propilparabeno em águas residuais terciárias sob radiação solar
Author: Ricardo, Ivo Amíldon
First Advisor: Trovó, Alam Gustavo
First member of the Committee: Patrocínio, Antônio Otávio de Toledo
Second member of the Committee: Lopes, Osmando Ferreira
Third member of the Committee: Souza, Darliana Mello
Fourth member of the Committee: Junior, Amilcar Machulek
Summary: Esta Tese de Doutorado tem como foco o uso dos complexos Fe-citrato (FeCit) e Fe-ácido nitrilotriacético (FeNTA) e diferentes fontes de peróxido (peróxido de hidrogênio (H2O2), íons persulfato (S2O82–) e monopersulfato (HSO5–)) sob radiação solar para a degradação da mistura da benzofenona-3 (BP-3), fipronil (FIP) e propilparabeno (PPB) (100 µg L–1 cada, adicionados em efluente sanitário terciário a pH 7,4). No capítulo I, fez-se a contextualização sobre o tema, seguida da abordagem conceitual dos elementos-chave desta pesquisa. No Capítulo II, efetuou-se uma revisão referente ao estado-de-arte sobre os processos oxidativos avançados voltados à degradação desses compostos e a literatura aponta para uma degradação satisfatória, com formação de produtos de transformação menos tóxicos para BP-3 e PPB. Contudo, as baixas taxas de degradação alcançadas em matrizes reais impõem um desafio para aplicação à escala real. Assim, no capítulo III avaliou-se o desempenho desses complexos na presença de H2O2 sobre degradação da mistura dos três micropoluentes. As eficiências de degradação melhoraram significativamente ao aumentar a concentração de ferro (Fe/L (1:1)) de 12,5 para 100 µmol L-1 para FeNTA, enquanto que a degradação alcançada com FeCit foi limitada a 30% devido à menor estabilidade do complexo FeCit, sendo necessária uma razão molar Fe/Cit maior (1:5) para maximizar a eficiência de degradação. Para as melhores razões molares Fe/L, foram atingidas taxas de degradação mais elevadas utilizando 5,9 mmol L-1 de H2O2 para FeNTA e 2,9 mmol L-1 de H2O2 para FeCit e foi necessária uma menor concentração do oxidante no sistema FeCit devido à geração in situ do H2O2 em pH 7,4. No capítulo IV, avaliou-se o desempenho de ambos complexos na presença de S2O82– e HSO5– sob as melhores condições experimentais determinadas para H2O2. As taxas de degradação com S2O82– foram limitadas a 30% para FeNTA e 55% para FeCit enquanto que a adição de 5,9 mmol L-1 de HSO5– resultou soluções ácidas e taxas acima de 96%. Maior desempenho de S2O82– foi obtido em meio ácido e após remoção combinada de íons cloreto, bicarbonato e sulfato. As baixa taxas de degradação com S2O82– em pH 7,4 também foi influenciada pela estrutura dos compostos-alvo. A toxicidade aguda para D. Melanogaster reduziu significativamente após tratamento para ambos complexos de ferro com H2O2, indicando a formação de subprodutos de baixa toxicidade. Embora FeCit tenha proporcionado maior cinética, seu uso insere maior carga orgânica, resultando em maior custo-benefício(20 US$ m–3 versus 13 US$ m–3 para FeNTA) e enfatizando a importância de avaliação e otimização dos parâmetros operacionais para cada ligante e fonte de peróxido.
Abstract: This Ph.D. Thesis focuses on the use of Fe-citrate (FeCit) and Fe-nitrilotriacetic acid (FeNTA) complexes and different peroxide sources (hydrogen peroxide (H2O2), persulfate (S2O82–) and monopersulfate (HSO5–)) under solar radiation for the degradation of the mixture of benzophenone-3 (BP-3), fipronil (FIP) and propylparaben (PPB) (100 µg L–1 each, added in tertiary sanitary effluent at pH 7.4). In Chapter I, the theme was contextualised, followed by a conceptual approach to the key elements of this research. In Chapter II, a state-of-the-art review of advanced oxidation processes for the degradation of these compounds was carried out and the literature points to a satisfactory degradation, with formation of less toxic transformation products for BP-3 and PPB. However, the low degradation rates achieved in real matrices impose a challenge for full-scale application. Thus, in chapter III the performance of these complexes in the presence of H2O2 on degradation of the mixture of the three micro-pollutants was evaluated. Degradation efficiencies were significantly improved by increasing the iron concentration (Fe/L (1:1)) from 12.5 to 100 µmol L–1 for FeNTA, whereas degradation achieved with FeCit was limited to 30% due to the lower stability of the FeCit complex, and a higher Fe/Cit molar ratio (1:5) was required to maximise degradation efficiency. For the best Fe/L molar ratios, higher degradation rates were achieved using 5.9 mmol L–1 of H2O2 for FeNTA and 2.9 mmol L–1 of H2O2 for FeCit and a lower concentration of the oxidant was required in the FeCit system due to the in situ generation of H2O2 at pH 7.4. In chapter IV, the performance of both complexes in the presence of S2O82– and HSO5– under the best experimental conditions determined for H2O2 was evaluated. Degradation rates with S2O82– were limited to 30% for FeNTA and 55% for FeCit while the addition of 5.9 mmol L–1 of HSO5– resulted in acidic solutions and rates above 96%. Higher performance of S2O82– was obtained at acidic pH and after combined removal of chloride, bicarbonate and sulphate ions. The low degradation rates with S2O82– at pH 7.4 was also influenced by the structure of the target compounds. The acute toxicity to D. Melanogaster reduced significantly after treatment for both iron complexes with H2O2, indicating the formation of low-toxicity by-products. Although FeCit provided higher kinetics, its use inserts higher organic loading, resulting in higher cost-effectiveness (20 US$ m–3 versus 13 US$ m–3 para FeNTA) and emphasizing the importance of evaluation and optimization of the operational parameters for each ligand and peroxide source.
Keywords: acute toxicity
advanced oxidation processes
aqueous matrices
D. melanogaster
micro-pollutants
peroxide sources
solar photo-Fenton
toxicidade aguda
processos oxidativos avançados
matrizes aquosas
micropoluentes
fontes de peróxido
foto-Fenton solar
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTAL
Subject: Química
Bases (Química) - Análise térmica
Ácidos orgânicos - Testes de toxicidade
Radiação solar - Medição
Peróxido de hidrogênio - Análise térmica
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: RICARDO, Ivo Amíldon. Potential of organic iron complexes and peroxide sources as alternative degradation of the mixture of benzophenone-3, fipronil and propylparaben in tertiary wastewater under solar radiation 2023. 150 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.338.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.338
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38401
Date of defense: 23-Jun-2023
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