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Aplicação do processo de peroxidação eletroquímica na degradação de ciprofloxacina e identificação de subprodutos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Bueno, Francine
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Fronteira Sul
Brasil
Campus Cerro Largo
Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias Sustentáveis
UFFS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/3083
Resumo: Emerging contaminants are compounds, coming mainly form the industry, that have been detected in the environment and can cause adverse effects in the heath of living beings and the environment. Among these compounds, pharmaceuticals can be highlighted, due to its wide use, complex molecular structure and low biodegradability, hindering their treatment by conventional processes. Within this context, this research investigated the degradation of the antibiotic Ciprofloxacin (CIP) by the advanced process Electrochemical Peroxidation (EP). For that, different conditions were applied in an electrochemical cell (EC) composed of 304 stainless steel electrodes (AI 304) and O2 injection, being investigated the operational parameters: H2O2 concentration (25 - 1000 mg L-1), electric current density (ECD) (19,71 – 164,26 A m-2), Fe2+ concentration (0,5 and 2,0 mg L-1), initial pH (2,5 – 9,0) and electrolysis times (5 – 90 min). The response variables obtained by the application of the process were total organic carbon (TOC) and CIP (mg L-1), as well as the monitoring of the control variables solution pH and residual H2O2. The optimal condition of the EP process attained removal of TOC (43%) and CIP (88%) in 30 minutes of electrolysis when the following experimental conditions were applied: H2O2 concentration (100 mg L-1), ECD (32,85 A m -2) and initial pH 3,0. With the best experimental conditions, the presence of metal ions coming from the dissolution of the electrodes was assessed and bioassays with Lactuca sativa were performed in order to investigate the toxic effects of the treated and untreated CIP solutions, in terms of median lethal concentration (LC50), absolute germination (AG) and germination index (GI). The byproducts were identified using gas chromatography coupled to mass spectrometry (CG-MS) and contributed in the assessment of the relation of the emergence of compounds during the process with the possible toxic effects caused by the oxidation of the CIP molecule. Low levels of toxicity were observed in electrolysis times lower than 45 minutes. The byproducts and a lower dissolution of the electrodes material in lower electrolysis times may be related to the low toxicity levels, demonstrating that the EP process became more efficient and environmentally safe when applied in optimal conditions up to 30 minutes electrolysis time. Thus, the EP process was efficient in the degradation of the CIP molecules, and could be used as a complementary treatment, contributing in the reduction of the adverse effects caused by the inappropriate discharge of pharmaceutical in the environment.
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For that, different conditions were applied in an electrochemical cell (EC) composed of 304 stainless steel electrodes (AI 304) and O2 injection, being investigated the operational parameters: H2O2 concentration (25 - 1000 mg L-1), electric current density (ECD) (19,71 – 164,26 A m-2), Fe2+ concentration (0,5 and 2,0 mg L-1), initial pH (2,5 – 9,0) and electrolysis times (5 – 90 min). The response variables obtained by the application of the process were total organic carbon (TOC) and CIP (mg L-1), as well as the monitoring of the control variables solution pH and residual H2O2. The optimal condition of the EP process attained removal of TOC (43%) and CIP (88%) in 30 minutes of electrolysis when the following experimental conditions were applied: H2O2 concentration (100 mg L-1), ECD (32,85 A m -2) and initial pH 3,0. With the best experimental conditions, the presence of metal ions coming from the dissolution of the electrodes was assessed and bioassays with Lactuca sativa were performed in order to investigate the toxic effects of the treated and untreated CIP solutions, in terms of median lethal concentration (LC50), absolute germination (AG) and germination index (GI). The byproducts were identified using gas chromatography coupled to mass spectrometry (CG-MS) and contributed in the assessment of the relation of the emergence of compounds during the process with the possible toxic effects caused by the oxidation of the CIP molecule. Low levels of toxicity were observed in electrolysis times lower than 45 minutes. The byproducts and a lower dissolution of the electrodes material in lower electrolysis times may be related to the low toxicity levels, demonstrating that the EP process became more efficient and environmentally safe when applied in optimal conditions up to 30 minutes electrolysis time. Thus, the EP process was efficient in the degradation of the CIP molecules, and could be used as a complementary treatment, contributing in the reduction of the adverse effects caused by the inappropriate discharge of pharmaceutical in the environment.Poluentes emergentes são compostos provenientes principalmente da indústria que vêm sendo detectados no meio ambiente e podem acarretar em efeitos adversos para a saúde dos seres vivos e meio ambiente. Dentre estes compostos, destacamse os fármacos, por sua larga utilização, estrutura molecular complexa e baixa biodegradabilidade, dificultando o seu tratamento por meio de processos convencionais. Neste contexto, este trabalho investigou a degradação do antibiótico Ciprofloxacina (CIP) pelo processo avançado de Peroxidação Eletroquímica (PE). Para isso, foram utilizadas diferentes condições em uma célula eletroquímica (CE) composta por eletrodos de aço inoxidável 304 (AI 304) e injeção de O2, sendo investigados os parâmetros operacionais: concentração de H2O2 (25 - 1000 mg L–1), densidade de corrente elétrica (DCE) (19,71 - 164,26 A m–2), concentração de Fe2+ (0,5 e 2,0 mg L-1), pH inicial (2,5 – 9,0) e tempos de eletrólise (5 – 90min). As variáveis resposta obtidas pela aplicação do processo foram o carbono orgânico total (COT) e CIP (mg L-1), bem como o monitoramento das variáveis controle de pH da solução e residual de H2O2. A condição ótima do processo de PE obteve uma remoção de COT (43%) e de CIP (88%) em 30 minutos de eletrólise quando utilizada as seguintes condições experimentais: concentração de H2O2 (100 mg L–1), DCE (32,85 A m–2) e pH inicial 3,0. A partir das melhores condições experimentais foi avaliada a presença de íons metálicos na solução, provenientes da dissolução dos eletrodos e também foram realizados bioensaios com Lactuca sativa, a fim de investigar os efeitos tóxicos causados pela solução tratada e não tratada de CIP, em termos de concentração letal mediana (CL50), germinação absoluta (GA) e índice de germinação (IG). Os subprodutos intermediários foram identificados utilizando cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM) e contribuíram na investigação relacionada ao surgimento de compostos no decorrer do processo e aos possíves efeitos tóxicos causados pela oxidação da molécula de CIP. Baixos níveis de toxicidade foram observados para tempos de eletrólise inferiores a 45 minutos. Os subprodutos intermediários e uma menor dissolução do material dos eletrodos, em menores tempos de eletrólise, pode estar relacionado com os baixos níveis de toxicidade, demonstrando que o processo de PE se tornou mais eficiente e ambientalmente seguro quando aplicado em condições ótimas de até 30 minutos de eletrólise. Assim, o processo de PE foi eficiente na degradação de moléculas como a CIP, podendo ser utilizado como um tratamento complementar e auxiliar na diminuição dos efeitos adversos causados pelo descarte inadequado de fármacos no meio ambiente.Universidade Federal da Fronteira SulBrasilCampus Cerro LargoPrograma de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias SustentáveisUFFSBorba, Fernando HenriqueGodoi, Benhur deQuiñones, Fernando Rodolfo EspinozaCabrera, Liziara da CostaBueno, Francine2019-02-182019-08-15T17:58:20Z20192019-08-15T17:58:20Z2019-02-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/3083porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFFS (Repositório Digital da UFFS)instname:Universidade Federal Fronteira do Sul (UFFS)instacron:UFFS2021-09-29T18:30:12Zoai:rd.uffs.edu.br:prefix/3083Repositório InstitucionalPUBhttps://rd.uffs.edu.br/oai/requestfranciele.cruz@uffs.edu.bropendoar:39242021-09-29T18:30:12Repositório Institucional da UFFS (Repositório Digital da UFFS) - Universidade Federal Fronteira do Sul (UFFS)false
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