Degradação de estrogênio presente em águas de abastecimento empregando eletrodo de óxido nanoestruturado crescido sobre liga de tiw

Degradação de estrogênio presente em águas de abastecimento empregando eletrodo de óxido nanoestruturado crescido sobre liga de tiw

Author Oliveira, Marizilda Escudeiro de Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Rodrigues, Christiane de Arruda Rodrigues Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Ciência e Tecnologia da Sustentabilidade
Abstract The advanced oxidation process (AOP) has been a sustainable alternative for treatment of water supplies of urban centers, mainly for the degradation of endogenous hormones estrone (E1) and 17 ?-ethinyl estradiol (EE2), called endocrine disrupting compounds (EDC). Among the AOP, the heterogeneous photocatalysis the most promising. It involves the formation hydroxyl radical (OH ?) from the UV irradiation on a photocatalyst, usually a semiconductor-type TiO2. Aiming to increase the efficiency of photocatalytic processes this work studied the formation of nanotubulares structures on Ti-0.5W in function of concentration of HF in the electrolyte solution, varying from 0.1 to 0.2 mol L-1 HF in ethylene glycol; applied potential, from 80 to 130V, and anodization time, from 10 to 60 min. The use of nanostructured oxides grown on TiW alloy in photocatalytic processes is attractive because of the proximity of the valence bands and conduction of these metals which contributes to the reduction of recombination of photogenerated charges, increasing the efficiency of the process. The best condition for obtaining a well-defined, regular and homogeneous layer of nanostructured oxide on Ti-0.5W surface was: HF solution 0.2 mol L-1 at 120V during 30 minutes. In order to eliminate an irregular layer of oxide over the nanotubes, known as nanograss, it was made a treatment after the anodizing process using ethanol bath for 24h. Because of the amorphous characteristics of nanotubular oxides, different annealing temperatures were evaluated to obtain a highly ordered crystalline phase, mainly anatase. Photoactivity studies shown that the best temperature of heat treatment is 450 ° C, reaching current values around 1.8 mA cm-2, about 50% higher than an nanotubular oxide layer grown on pure Ti using HF aqueous solution 0.3% (v/v) at 20V for 2 hours, followed by heat treatment at 450 °C. Then the performance of degradation of estrogens E1 and EE2 was evaluated via photolysis, photocatalysis and electroassisted photocatalysis employing as semiconductor oxide nanostructures grown on Ti alloy (Ti-0.5W) and pure Ti. CLAE analysis shown a decrease in initial concentration of E1 and EE2 in less than 2 minutes of treatment for all process investigated, regardless of the type of semiconductor used. While for E1 was observed 50% of degradation after 1 min in photoelectrocatalysis process using Ti-0.5W. The subproducts generated from the degradation of these estrogens also shown a decrease in concentration until 120 minutes of treatment, due to subsequent degradations.

Como alternativas sustentáveis de processos de tratamento de águas de abastecimentos dos grandes centros urbanos, especificamente a degradação dos hormônios endógenos estrona (E1) e 17 ?-etinil estradiol (EE2) chamados de compostos disruptores endócrinos (EDC), tem-se os processos oxidativos avançados (POA). Dentre os POA destaca-se a fotocatálise heterogênea, que envolve a formação do radical hidroxilda (·OH) a partir da irradiação UV em um fotocatalisador, geralmente um semicondutor do tipo TiO2. Com o objetivo de aumentar a eficiência dos processos fotocatalíticos estudou-se a obtenção de estruturas nanotubulares sobre liga Ti-0,5W em relação aos parâmetros: concentração de HF na solução eletrolítica, variando de 0,1 a 0,2 mol L-1 de HF em etileno glicol, potencial aplicado, variando de 80 a 130V e tempo de anodização, num intervalo de 10 a 60 min. O emprego de óxidos nanoestruturados crescidos em ligas de TiW em processos fotocatalíticos é atrativo pela proximidade das bandas de valência e de condução destes metais que contribui para a redução do processo de recombinação das cargas fotogeradas, aumentando a eficiência do processo. As melhores condições para obtenção de estruturas nanoestruturadas bem definidas, regulares e com uma camada homogênea de nanotubos sobre a superfície metálica de Ti-0,5W foram: solução de HF 0,2 mol L-1, sob tensão de 120V durante 30 minutos. A fim de eliminar uma camada irregular de óxido sobre os nanotubos, conhecida como nanograss, foi feito um tratamento, após o processo de anodização, com banho em etanol durante 24h. Devido às características amorfas desses óxidos nanotubulares, diferentes temperaturas de recozimento foram avaliadas, para a obtenção de uma fase cristalina altamente ordenada, preferencialmente anatase. Estudos de fotoatividade demonstraram que o melhor tratamento térmico é a 450°C com valores de corrente em torno de 1,8 mA cm-2, cerca de 50% maior em relação a uma camada de óxido nanotubular crescida sobre Ti empregando solução aquosa de HF 0,3% (v/v) e uma diferença de potencial de 20V por duas horas, seguido de tratamento térmico a 450°C. Em seguida avaliou-se o desempenho da degradação dos estrogênios E1 e EE2 via fotólise, fotocatálise e fotocatálise eletroassistida empregando como semicondutor as nanoestruturas de óxidos crescidos sobre a liga de Ti-0,5W e Ti puro. Análises em CLAE constataram uma diminuição da concentração inicial de E1 e EE2, em menos de 2 minutos nos três tratamentos investigados, independente do tipo de semicondutor empregado, sendo que para o E1 foi observado na fotoeletrocatálise assistida com Ti-0,5W uma degradação em 50% após 1 minuto de processamento. Os possíveis produtos de degradação gerados a partir destes estrogênios, também apresentaram uma diminuição de concentração em até 120 minutos, devido a posteriores degradações.
Keywords sustainability
nanotubulares oxides
semiconductor
estrogen
heterogeneous photoelectrocatalysis
sustentabilidade
óxidos nanotubulares
semicondutor
estrogênio
fotoeletrocatálise heterogênea
Language Portuguese
Date 2014-11-24
Published in OLIVEIRA, Marizilda Escudeiro de. Degradação de estrogênio presente em águas de abastecimento empregando eletrodo de óxido nanoestruturado crescido sobre liga de tiw. 2014. 117 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Diadema, 2014.
Research area Química
Knowledge area Ciências exatas e da terra
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 117 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=3358288
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/47893

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