Estudo do processo de ozonização e fotocatálise heterogênea para o tratamento da solução aquosa contendo metilparabeno

Abstract

Resumo: 0 metilparabeno (MEP) é uma substância amplamente utilizada como conservante em produtos de cuidados pessoais e em alimentos. Devido ao seu uso intenso em aplicações industriais tem sido frequentemente detectado no meio ambiente, indicando que os tratamentos convencionais não estão sendo adequados para a total remoção deste composto. Alguns estudos têm demonstrado que o MEP pode atuar como uma substância desreguladora endócrina, associando-se à ocorrência de câncer em humanos e a toxicidade crônica em organismos aquáticos. 0s processos oxidativos avançados tem se demonstrado eficiente técnica para a remoção de compostos de baixa biodegradabilidade, resistentes a degradação por meio dos processos convencionais. Neste trabalho foi avaliada a degradação e mineralização do composto metilparabeno por meio dos processos oxidativos avançados fotocatálise heterogênea e ozonização. 0s estudos da fotocatálise heterogênea foram realizados em um reator em batelada com uma temperatura controlada em 25ºC, analisando a influência das radiações UV-A, UV-C e Vis em um planejamento fatorial 24, avaliando as condições operacionais: pH inicial da solução (3-9), concentração inicial da solução de metilparabeno (30-50 mgL-1), quantidade do fotocatalisador Ti02 (300-500 mgL-1) e tempo reacional na variável resposta: percentual de degradação do MEP. Foi demonstrada a elevada capacidade de degradação do processo quando aplicado em condições experimentais otimizadas (pH: 9; [MEP]=30 mgL-1;Ti02=500 mgL-1). Nessas condições, a completa degradação do MEP foi alcançada em 75 minutos de reação no processo assistido pelo uso da radiação UV-C, quando se utilizou a radiação UV-A o processo também atingiu uma eficiente degradação, em 90 minutos de reação a taxa de degradação do MEP foi de 88%. Entretanto, nos processos de simulação da radiação solar (Vis), o processo não apresentou alta capacidade para degradar o MEP, indicando um baixo percentual de degradação (23%) em um tempo reacional de 90 minutos. As análises de mineralização mostraram uma maior remoção do carbono orgânico total (T0C) para as reações assistidas com a radiação UV-C, alcançando taxas de 77 % em 90 minutos de reação. 0 modelo cinético de Langmuir-Hinshelwood foi adequado aos dados experimentais obtidos nas reações de fotocatálise heterogênea. Na segunda etapa do trabalho, foi avaliado os processos de ozonização, utilizou-se um planejamento fatorial 24 para investigar a influência da concentração de ozônio (10 a 30 mgL-1), da concentração inicial de MEP (30-50 mgL-1), do pH inicial da solução (3,6 e 9) e da temperatura de reação (20 a 40 ºC) na degradação do MEP . Foi observado que quando se aplicou uma dose de ozônio de 30 mgL-1 , concentração de MEP (30 mg L-1 com pH =9) e a temperatura da reação em 20 ºC, a solução apresentou uma degradação de 98% do composto em 15 minutos de reação. A mineralização nessas mesmas condições, porém em um tempo reacional de 90 minutos, foi de aproximadamente 40%. Além da aplicação do processo ozonização, os processos combinados com ozônio (03/UV e 03/UV/Ti02) foram estudados nas condições ótimas obtidas para a reação de ozonização (ou seja, pH = 9, T = 20ºC, 03 =30 mgL-1 e [MEP]= 30 mgL-1) com o intuito de aumentar a eficiência da mineralização do composto. 0 processo mais eficiente tanto para degradação quanto para a mineralização do MEP foi a combinação 03/UV/Ti02, atingindo a degradação completa em tempos de reação menores que 10 minutos e mineralização superior a 93% em 90 minutos de reação. A ausência da toxicidade da solução de MEP após o tratamento com os processos oxidativos avançados (fotocatálise heterogênea, ozonização e 03/UV/Ti02) foi confirmada por meio dos testes in vivo com o micro crustáceo Artemia Salina. Palavras chave: Desreguladores Endócrinos. Fotocatálise Heterogênea. 0zonização. Ti02. Radiação. Toxicidade

Abstract: Methylparaben (MEP) is a substance widely used as a preservative in personal care and food products. Due to its intensive use in industrial applications it has often been detected in the environment, indicating that conventional treatments are not being suitable for the complete removal of this compound. Some studies have shown that MEP can act as an endocrine disrupting substance, associating with the occurrence of cancer in humans and the chronic toxicity in aquatic organisms. The advanced oxidative processes have been shown efficient techniques for the removal of compounds of low biodegradability, resistant to degradation by means of the conventional processes. This work evaluated the MEP degradation and mineralization through the advanced oxidative processes: heterogeneous photocatalysis and ozonization. The heterogeneous photocatalysis studies were carried out in a batch reactor with a temperature controlled at 25 ºC, analyzing the influence of UV-A, UV-C and Vis radiation in a factorial design 24, evaluating the operational conditions: initial pH of the solution (3-9), initial MEP concentration (30-50 mgL-1), amount of Ti02 photocatalyst (300-500 mgL-1) and reaction time in response variable: percent MEP degradation. The high degradation capacity of the process when applied under optimized experimental conditions (pH: 9; [MEP] = 30 mgL- 1; Ti02= 500 mgL-1) was demonstrated. ln these conditions, the complete degradation of the MEP was achieved in 75 minutes of reaction in the process assisted by the use of UV- C radiation, when UV-A radiation was used, the process also reached an efficient degradation in 90 minutes of reaction at the rate of MEP degradation was 88%. However, in the processes of simulation of solar radiation (Vis), the process did not present high capacity to degrade the MEP, indicating a low percentage of degradation (23%) in reaction time of 90 minutes. Mineralization analyzes showed a greater removal of total organic carbon (T0C) for UV-C assisted reactions, reaching rates of 77% in 90 minutes of reaction. The kinetic model of Langmuir-Hinshelwood was adequate to the experimental data obtained in heterogeneous photocatalysis reactions. ln the second stage of the work, ozonation processes were evaluated, a factorial design was used 24 to investigate the influence of the ozone concentration (10 to 30 g03 m-3), the MEP concentration (30-50 mgL-1), initial pH (3.6 and 9) and reaction temperature (20 to 40 ºC) in the MEP degradation. lt was observed that when an ozone dose of 30 g 03 m-3, MEP concentration (30 mg L-1 with pH = 9) and reaction temperature was applied at 20 ºC, the solution showed a degradation of 98% in 15 minutes of reaction. The mineralization under these same conditions, but in a reaction time of 90 minutes, was approximately 40%. ln addition to the application of the ozonation process, the combined ozone (03/UV and 03/UV/Ti02) processes were studied under optimum conditions for the ozonation reaction (pH =9, T =20ºC, 03= 30 mgL-1 and [MEP] =30 mgL-1) in order to increase the mineralization efficiency of the compound. The most efficient process for both degradation and MEP mineralization was the 03/UV/Ti02 combination, achieving a complete degradation in reaction times of less than 10 minutes and a mineralization of more than 93% in 90 minutes of reaction. The absence of toxicity of the MEP solution after treatment with the advanced oxidative processes (heterogeneous photocatalysis, ozonation and 03/UV/Ti02) was confirmed by means of the in vivo tests with the micro crustacean Artemia Salina. Keywords: Endocrine disrupters. Heterogeneous Photocatalysis. 0zonation. Ti02 Radiation. Toxicity