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Título: Fotocatálise do antibiótico sulfametoxazol utilizando nitreto de carbono grafítico e quitosana, com avaliação toxicológica
Título(s) alternativo(s): Photocatalysis of the antiobiotic sulfamethoxazole using graphic carbon nitride and chitosan, with toxicological evaluation
Autor(es): Christan, Rhaissa Dayane Carneiro de
Orientador(es): Liz, Marcus Vinicius de
Palavras-chave: Fotocatálise
Antibióticos - Toxicologia
Degradação ambiental
Alface
Toxicologia analítica
Sulfonamidas
Nitreto de carbono grafítico
Daphnia magna
Photocatalysis
Antibiotics - Toxicology
Environmental degradation
Lactuca sativa
Analytical toxicology
Sulfonamides
Graphitic carbon nitride
Data do documento: 24-Abr-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: CHRISTAN, Rhaissa Dayane Carneiro de. Fotocatálise do antibiótico sulfametoxazol utilizando nitreto de carbono grafítico e quitosana, com avaliação toxicológica. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: A ineficiência da remoção de contaminantes emergentes através dos métodos convencionais de tratamento de efluentes, contribui para a frequente detecção do antibiótico sulfametoxazol e seus metabólitos em corpos hídricos receptores. Com isso, faz-se necessário o estudo e o desenvolvimento de novas tecnologias para remoção desse contaminante. Nesse contexto, a utilização da fotocatálise heterogênea aparece como uma alternativa. O catalisador polimérico, nitreto de carbono grafítico atrai atenção por ser um material livre de metais, absorver luz visível (~455nm) e ser de baixo custo. O objetivo desse trabalho foi avaliar a degradação e a toxicidade do antibiótico sulfametoxazol, antes e após fotocatálise utilizando nitreto de carbono grafítico (em pó) e microesferas de quitosana com ureia. Nos testes de degradação para avaliação da atividade fotocatalítica dos materiais, foi avaliada a remoção do antibiótico Sulfametoxazol, comparando com a fotólise. Também foram utilizadas diferentes fontes de radiação nas fotocatálises, a fim de comparação; com a fonte UVA-Vis foi utilizada uma lâmpada de alta pressão de vapor de mercúrio, com potência de 125 W e também foram comparadas as degradações utilizando a lâmpada suspensa (S) à 10 cm da solução e mergulhada em solução (M); com fonte de radiação visível foi utilizada uma lâmpada Halógena (marca Xelux, 250 W), e também uma de lâmpada LED (marca ASUS, 40W) ambas suspensas a distância de 10 cm do reator. Através da técnica de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC-FLD) verificou-se a eficiência das degradações. Sendo que utilizando radiação UVA-Vis (M), com nitreto de carbono grafítico (em pó), a eficiência foi de 96,93%; já com as microesferas foi de 99,71% e por fotólise foi de 100%. UVA-Vis (S), com nitreto de carbono grafítico (em pó), a eficiência foi de 66,34%; já com as microesferas foi de 37,29% e por fotólise foi de 56,96%. Com lâmpada halógena e nitreto de carbono grafítico (em pó) a eficiência foi de 17,40%; com as microesferas não pode ser observada a degradação do antibiótico, e por fotólise foi de 29,17%. Com lâmpada LED e nitreto de carbono grafítico (em pó) a eficiência foi de 33,69%; com as microesferas e por fotólise não pode ser observada a degradação do antibiótico. Antes e após as degradações foram realizados os monitoramentos toxicológicos, para determinar a toxicidade aguda para Daphnia magna e fitotoxicidade com sementes de Lactuca sativa. Em todos os processos foram originados subprodutos com níveis de toxicidade variáveis ao longo das degradações. Porém, foi possível observar que na fotodegradação utilizando o material nitreto de carbono grafítico (em pó), com todas as lâmpadas, houve a diminuição da toxicidade com o passar do tempo de tratamento, em comparação com as fotodegradações utilizando as microesferas de quitosana com ureia. Relacionando os resultados do monitoramento toxicológico com a eficiência dos tratamentos propostos, foi possível estabelecer que o fotocatálise utilizando lâmpada UVA-Vis (M) com o nitreto de carbono grafítico (em pó) foi o método mais eficaz no tratamento para a degradação do antibiótico sulfametoxazol.
Abstract: The inefficiency of removing emerging contaminants through conventional methods of effluent treatment contributes to the frequent detection of the antibiotic sulfamethoxazole and its metabolites in receiving water bodies. Therefore, it is necessary to study and develop new technologies to remove this contaminant. In this context, the use of heterogeneous photocatalysis appears as an alternative. The polymeric catalyst, graphitic carbon nitride, attracts attention because it is a metalfree material, absorbs visible light (~455nm) and is low cost. The objective of this work was to evaluate the degradation and toxicity of the antibiotic sulfamethoxazole, before and after photocatalysis using graphitic carbon nitride (in powder form) and chitosan microspheres with urea. In the degradation tests to evaluate the photocatalytic activity of the materials, the removal of the antibiotic Sulfamethoxazole was evaluated, comparing it with photolysis. Different sources of radiation were also used in the photocatalysis, in order to compare; with the UVA-Vis source, a high pressure mercury vapor lamp was used, with a power of 125 W and the degradations were also compared using the lamp suspended (S) at 10 cm from the solution and dipped in solution (M); with a visible radiation source, a Halogen lamp (brand Xelux, 250 W) and also an LED lamp (brand ASUS, 40 W) were used, both suspended at a distance of 10 cm from the reactor. Through the technique of high performance liquid chromatography (HPLC-FLD) the efficiency of the degradations was verified. Using UVA-Vis radiation (M), with graphitic carbon nitride (powder), the efficiency was 96.93%; already with the microspheres it was 99.71% and by photolysis it was 100%. UVA-Vis (S), with graphitic carbon nitride (powder), the efficiency was 66.34%; already with the microspheres it was 37.29% and by photolysis it was 56.96%. With halogen lamp and graphitic carbon nitride (powder) the efficiency was 17.40%; with the microspheres, the degradation of the antibiotic could not be observed, and by photolysis it was 29.17%. With LED lamp and graphitic carbon nitride (powder) the efficiency was 33.69%; with the microspheres and by photolysis, the degradation of the antibiotic could not be observed. Before and after degradation, toxicological monitoring was carried out to determine acute toxicity to Daphnia magna and phytotoxicity with Lactuca sativa seeds. In all processes, by-products were produced with varying levels of toxicity over the course of degradation. However, it was possible to observe that in the photodegradation using the material graphitic carbon nitride (in powder), with all the lamps, there was a decrease in toxicity over the treatment time, in comparison with the photodegradations using the chitosan microspheres with urea. Relating the results of the toxicological monitoring with the efficiency of the proposed treatments, it was possible to establish that the photocatalysis using a UVA-Vis lamp (M) with graphitic carbon nitride (in powder) was the most effective method in the treatment for the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32131
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