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Título: Degradação do herbicida metribuzin a partir da catálise heterogênea em hidrocarvão ativado com ferro na presença de peroxidissulfato
Título(s) alternativo(s): Degradation of the herbicide metribuzin via heterogeneous catalysis on iron-activated hydrochar in the presence of peroxydisulfate
Autor(es): Chagas, Daniela Dalmaz
Orientador(es): Souza, Fernanda Batista de
Palavras-chave: Catálise heterogênea
Produtos químicos agrícolas - Aspectos ambientais
Água - Poluição
Heterogeneous catalyses
Agricultural chemicals - Environmental aspects
Water - Pollution
Data do documento: 7-Out-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Francisco Beltrao
Citação: CHAGAS, Daniela Dalmaz. Degradação do herbicida metribuzin a partir da catálise heterogênea em hidrocarvão ativado com ferro na presença de peroxidissulfato. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2025.
Resumo: O avanço da agricultura moderna está associado ao uso de insumos e tecnologias que promovam o aumento da produtividade, e os defensivos agrícolas desempenham papel estratégico ao contribuir garantindo maior rendimento. No entanto, o uso inadequado desses compostos pode ocasionar sérios impactos ambientais, como a poluição em águas superficiais e subterrâneas, comprometendo a qualidade da água, e representando risco à saúde pública e ao equilíbrio de ecossistemas. Entre os defensivos agrícolas, destaca-se o herbicida Metribuzin, amplamente utilizado no controle de plantas invasoras. Nesse contexto, o estudo propõe o desenvolvimento de um catalisador que represente maior viabilidade econômica e sustentável para o processo de mitigação da poluição ocasionada pela contaminação do herbicida Metribuzin. O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar o hidrocarvão, e então aplicá-lo em catálise heterogênea. O catalisador foi sintetizado através de resíduos de casca de arroz, um subproduto agrícola sem valor agregado. Com o processo de carbonização hidrotérmica (HTC), esses resíduos são convertidos em materiais carbonáceos funcionais. O processo HTC foi realizado sob temperatura 180ºC, tempo de reação de 6h e proporção 1 g:5 mL biomassa/ água, seguido da ativação do hidrocarvão com sais de ferro (nitrato férrico e sulfato ferroso) em meio alcalino. O processo oxidativo avançado (POA) utilizado para promover a degradação do herbicida Metribuzin foi o agente oxidativo peroxidissulfato (PDS). Os resultados de rendimentos de hidrocarvão representam alto valor de conversão de até 70,48%, indicando que os parâmetros de reação estabelecidos foram eficazes. A caracterização do material foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS) e Difração de Raios-X (DRX). Os dados obtidos indicam que o hidrocarvão ativado com ferro (Fe-HC) estabeleceu propriedades adsortivas superiores em relação ao HC convencional, com superfície heterogênea e porosa, composição predominante de carbono, oxigênio e ferro, com estrutura parcialmente amorfa, contendo fases de óxidos de ferro e presença de grupos funcionais oxigenados. A presença de microfissuras na superfície, sugerindo que a ativação com o ferro contribui para a quebra de ligações, aumentando a área superficial do material. Os resultados da remoção pela ativação com PDS demonstraram que em menores concentrações (5 mmol.L-1 ), o sistema apresentou elevada eficiência na remoção do herbicida, atingindo 84,98% em 120 minutos a pH 3,5 e 85,10% em 360 minutos a pH 7,5, respectivamente. Esses resultados indicam que os parâmetros de tempo e pH não exerceram influência determinante sobre o desempenho do processo, permitindo sua aplicação em ampla faixa operacional. Tal comportamento corrobora os achados da análise estatística conduzida por meio do Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), a qual demonstrou que as interações entre os fatores avaliados não foram estatisticamente significativas ao nível de 95% de confiança. Ainda que não tenham evidenciado correlações estatísticas relevantes, os fatores tempo, pH, e em destaque o PDS, contribuem para a resposta global do sistema catalítico heterogêneo.
Abstract: The advancement of modern agriculture is closely tied to the use of inputs and technologies that enhance productivity, with agricultural pesticides playing a crucial role in helping to ensure higher yields. However, the improper use of these compounds can cause severe environmental impacts, potentially leading to the pollution of surface and groundwater, compromising water quality, and posing risks to public health and the balance of ecosystems. Among agrochemicals, the herbicide Metribuzin stands out, widely used for controlling invasive plants. In this context, the study proposes the development of a catalyst that offers greater economic and sustainable viability for mitigating pollution caused by Metribuzin contamination. The objective of this work was to synthesize and characterize hydrochar and subsequently apply it in heterogeneous catalysis. The catalyst was synthesized from rice husk residues, an agricultural byproduct with no added value. Through the hydrothermal carbonization (HTC) process, these residues are converted into functional carbonaceous materials. The HTC process was conducted at 180 °C for 6 hours, with a biomass-to-water ratio of 1 g:5mL, followed by hydrochar activation with iron salts (ferric nitrate and ferrous sulfate) in an alkaline medium. The advanced oxidation process (AOP) used to promote Metribuzin degradation employed peroxydisulfate (PDS) as the oxidizing agent. The hydrochar yields showed high conversion values of up to 70.48%, indicating that the established reaction parameters were effective. Material characterization was performed using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), and X-ray Diffraction (XRD). The data indicate that iron-activated hydrochar (Fe-HC) exhibits superior adsorptive properties compared to conventional hydrochar, featuring a heterogeneous and porous surface, a composition predominantly of carbon, oxygen, and iron, a partially amorphous structure containing iron oxide phases, and the presence of oxygenated functional groups. The presence of microcracks on the surface suggests that iron activation contributed to bond breaking, increasing the material’s surface area. The PDS-activated removal results demonstrated that at lower concentrations (5 mmol.L-1), the system achieved high herbicide removal efficiency, reaching 84.98% in 120 minutes at pH 3.5 and 85.10% in 360 minutes at pH 7.5, respectively. These results indicate that time and pH did not have a determining influence on process performance, allowing its application across a wide operational range. This behavior corroborates the findings of the statistical analysis conducted using the Central Composite Rotational Design (CCRD), which showed that the interactions among the evaluated factors were not statistically significant at a 95% confidence level. Although no significant statistical correlations were observed, the factors of time, pH, and notably PDS contribute to the overall response of the heterogeneous catalytic system.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39331
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