Ativação in situ de oxidantes mediada por irradiação UVC: um estudo do tipo e concentração de oxidantes em distintas matrizes aquosas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Pinto, Gabriel Antonio
Orientador(a): Aquino, José Mario de lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22627
Resumo: As a consequence of the increasing production and use of synthetic organic compounds, a growing detection of these pollutants has been observed in water bodies. Depending on their concentration and exposure, these substances may pose risks to human health and aquatic life. One of the main factors contributing to their presence is the inefficiency of conventional treatment methods, which are not effective in removing such compounds. In this context, the present study investigated the efficiency of UVC-based advanced oxidation processes for the simultaneous removal of four micropollutants: ciprofloxacin (CIP), enrofloxacin (ENRO), norfloxacin (NOR), and imidacloprid (IMD). Two systems were evaluated: UVC/H2O2, as a source of hydroxyl radicals (HO•), and UVC/S2O82–, as a combined source of sulfate (SO4•–) and HO• radicals. For the three fluoroquinolones, a concentration of 500 μmol L–1 of H2O2 provided the best results in terms of oxidation rate and oxidant consumption. In the case of the UVC/S2O82– system, its performance was similar across all tested concentrations, allowing the same value to be used for comparison. Overall, the UVC/S2O82– process showed superior performance compared to UVC/H2O2 in the oxidation rate of fluoroquinolones. On the other hand, the oxidation of IMD was not significantly affected by the different oxidant concentrations, resulting in similar oxidation rates for both processes and being primarily dependent on the photochemical process. The efficiency of both systems was also evaluated in different aqueous matrices: deionized water, tap water, and simulated effluent from a biological wastewater treatment plant. In the UVC/H2O2 process, a slight inhibition in the degradation of micropollutants was observed in the more complex matrices, especially in the simulated wastewater, likely due to light attenuation and the consequent decrease in oxidant activation. In contrast, in the UVC/S2O82– system, both the oxidation rate and oxidant consumption remained similar across all matrices, demonstrating greater robustness and versatility in the presence of matrix interferences. Toxicity assays using Escherichia coli indicated that although UVC irradiation alone achieved a good oxidation rate, it was not effective in removing the residual toxicity of fluoroquinolones. In contrast, the UVC/H2O2 and UVC/S2O82– processes proved effective in reducing toxicity, reinforcing their potential for application in advanced treatment of effluents containing emerging contaminants. Finally, process cost was shown to be largely dependent on the lamp power and the type of pollutant targeted for oxidation.
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In this context, the present study investigated the efficiency of UVC-based advanced oxidation processes for the simultaneous removal of four micropollutants: ciprofloxacin (CIP), enrofloxacin (ENRO), norfloxacin (NOR), and imidacloprid (IMD). Two systems were evaluated: UVC/H2O2, as a source of hydroxyl radicals (HO•), and UVC/S2O82–, as a combined source of sulfate (SO4•–) and HO• radicals. For the three fluoroquinolones, a concentration of 500 μmol L–1 of H2O2 provided the best results in terms of oxidation rate and oxidant consumption. In the case of the UVC/S2O82– system, its performance was similar across all tested concentrations, allowing the same value to be used for comparison. Overall, the UVC/S2O82– process showed superior performance compared to UVC/H2O2 in the oxidation rate of fluoroquinolones. On the other hand, the oxidation of IMD was not significantly affected by the different oxidant concentrations, resulting in similar oxidation rates for both processes and being primarily dependent on the photochemical process. The efficiency of both systems was also evaluated in different aqueous matrices: deionized water, tap water, and simulated effluent from a biological wastewater treatment plant. In the UVC/H2O2 process, a slight inhibition in the degradation of micropollutants was observed in the more complex matrices, especially in the simulated wastewater, likely due to light attenuation and the consequent decrease in oxidant activation. In contrast, in the UVC/S2O82– system, both the oxidation rate and oxidant consumption remained similar across all matrices, demonstrating greater robustness and versatility in the presence of matrix interferences. Toxicity assays using Escherichia coli indicated that although UVC irradiation alone achieved a good oxidation rate, it was not effective in removing the residual toxicity of fluoroquinolones. In contrast, the UVC/H2O2 and UVC/S2O82– processes proved effective in reducing toxicity, reinforcing their potential for application in advanced treatment of effluents containing emerging contaminants. Finally, process cost was shown to be largely dependent on the lamp power and the type of pollutant targeted for oxidation.Com o aumento da produção e do uso de compostos orgânicos sintéticos, observa-se uma crescente detecção desses poluentes em corpos d’água que, dependendo da concentração e exposição, podem ocasionar riscos à saúde humana e vida aquática. Um dos principais fatores que contribuem para essa ocorrência é a ineficiência dos métodos de tratamento convencionais, que não são eficazes na remoção de tais compostos. Nesse contexto, este trabalho investigou a eficiência de processos oxidativos avançados baseados em irradiação UVC na remoção simultânea de quatro micropoluentes: ciprofloxacina (CIP), enrofloxacina (ENRO), norfloxacina (NOR) e imidacloprido (IMD). Foram avaliados dois sistemas: UVC/H2O2, como fonte de radicais hidroxila (HO•), e UVC/S2O82–, como fonte combinada de radicais sulfato (SO4•–) e HO•. Para as três fluoroquinolonas, a concentração de 500 μmol L–1 de H2O2 apresentou os melhores resultados em termos de taxa de oxidação e consumo do oxidante. No caso do sistema UVC/S2O82–, o desempenho foi semelhante entre todas as concentrações testadas, o que permitiu adotar o mesmo valor para fins comparativos. De modo geral, o processo UVC/S2O82– apresentou desempenho superior ao UVC/H2O2 quanto à taxa de oxidação das fluoroquinolonas. Por outro lado, a oxidação do IMD não foi significativamente influenciada pelas diferentes concentrações de oxidante, resultando em taxas de oxidação semelhantes para ambos os processos e, somente dependente, do processo fotoquímico. A eficácia dos sistemas também foi avaliada em diferentes matrizes aquosas: água deionizada, água da torneira e água simulada de uma estação de tratamento de esgoto biológica. No processo UVC/H2O2, observou-se uma leve inibição na degradação dos micropoluentes nas matrizes mais complexas, especialmente na água simulada, possivelmente devido à atenuação da luz e consequente redução na ativação do oxidante. Já no sistema UVC/S2O82– tanto a taxa de oxidação quanto o consumo do oxidante foram semelhantes entre as diferentes matrizes, evidenciando a maior robustez e versatilidade desse processo frente à interferência da composição da matriz aquosa. Testes de toxicidade com a bactéria Escherichia coli indicaram que, embora a irradiação UVC isolada promova boa taxa de oxidação, ela não é eficaz na remoção da toxicidade residual das fluoroquinolonas. Em contrapartida, os processos UVC/H2O2 e UVC/S2O82– demonstraram efetividade na redução da toxicidade, reforçando seu potencial na aplicação em tratamentos avançados de efluentes contendo contaminantes emergentes. Finalmente, o custo do processo mostrou-se majoritariamente dependente da potência da lâmpada e do tipo de poluente a ser oxidado.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo nº 131883/2023-2, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAdvanced oxidation processesEmerging contaminantsHydroxyl radicalsSulfate radicalsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICAProcessos oxidativos avançadosContaminantes emergentesRadicais hidroxilaRadicais sulfatoAtivação in situ de oxidantes mediada por irradiação UVC: um estudo do tipo e concentração de oxidantes em distintas matrizes aquosasIn situ activation of oxidants mediated by UVC irradiation: a study of the type and concentration of oxidants in different aqueous matricesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdfDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdfapplication/pdf2999648https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2d93bd38-69e8-464c-9733-0881a5d7617d/downloadfa863a62a5eb282fbfe5859727aa6b2aMD51trueAnonymousREADTEXTDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdf.txtDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdf.txtExtracted texttext/plain104423https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/048881b0-8a05-4454-a2d1-537e41db4635/downloadbae239bda821edbd3a927efe879c97e5MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdf.jpgDissertação de mestrado - Gabriel Antonio Pinto.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5923https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c2b09d0e-df99-436f-a7bb-f5cd87afc4ee/download0bc7af45772e466e87fa5a8fa3c245cbMD54falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ca18b70d-aa86-496e-846b-597976438fea/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREAD20.500.14289/226272025-08-26T03:06:20.578632Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22627https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-08-26T03:06:20Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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