Degradação de estrogênio presente em águas de abastecimento empregando eletrodo de óxido nanoestruturado crescido sobre liga de TiW
Data
2014-11-24
Autores
Oliveira, Marizilda Escudeiro de 
Orientadores
Rodrigues, Christiane de Arruda
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
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 α-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 Ti0.5W. 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 α-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.
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 α-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.
Descrição
Citação
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.