Degradação fotocatalítica do 17 alfa-etinilestradiol por luz solar natural utilizando TiO2 dopado com Ag, Cu e Fe

Abstract

RESUMO: A presença de compostos, denominados micropoluentes emergentes, em matrizes aquáticas e a ineficiência dos tratamentos convencionais na remoção desses compostos, é preocupante, e impulsiona o estudo de tratamentos que complementem o tratamento convencional. Dentre esses compostos, o hormônio 17?-etinilestradiol (EE2) gera preocupação, pois em baixas concentrações, pode causar efeitos adversos nos organismos. Além de ser um desregulador endócrino (DE), que pode induzir efeitos adversos nas funções hormonais de seres vivos. Dentre os processos estudados, a fotocatálise possui a vantagem de oxidar poluentes orgânicos, mediante a aplicação de radiação e de um semicondutor, como o TiO2, que pode ter sua fotoatividade aperfeiçoada, com a dopagem com metais de transição, que possibilita a sua ativação sob luz solar natural, uma fonte de energia de baixo custo e ecológica. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar a degradação fotocatalítica do EE2 utilizando TiO2 dopado com Ag, Cu e Fe e ativados por luz solar natural e posterior aplicação em uma planta piloto solar do tipo reator com concentradores parabólicos (RCP). Os catalisadores foram preparados utilizando o método de impregnação úmida, caracterizados e testados na degradação do EE2, para selecionar o catalisador mais eficiente, e em seguida aplicá-lo em um planejamento composto central, para determinar a melhor condição de remoção do EE2 e aplicá-la em escala piloto. O catalisador mais eficiente foi o TiO2 P25 (Evonik), que na condição otimizada alcançou 95% de degradação, 99,9% de redução da DQO e 82% de COT em regime batelada. Em escala piloto, na concentração de 0,1 g L-1 de catalisador o resultado alcançado foi de 95% de degradação, 99% de redução da DQO e 85% de COT. Não foram observados subprodutos durante a degradação pela espectrometria de massas. Em ambos os ensaios houve redução significativa da toxicidade, verificada pelos ensaios com os bioindicadores Artemia Salina e Lactuca Sativa. O estudo cinético demonstrou que a degradação do EE2 seguiu um modelo de ordem zero para o ensaio em batelada e segunda ordem para o ensaio em escala piloto evidenciando a diferença do comportamento da degradação do EE2 nos dois sistemas estudados

ABSTRACT: The presence of compounds, called emerging micropollutants, in aquatic matrices and the inefficiency of conventional treatments in removing these compounds, is worrying and drives the study of treatments that complement conventional treatment. Among these compounds, the hormone 17?-ethinylestradiol (EE2) is a cause for concern, because in low concentrations, it can cause adverse effects on organisms, in addition to being an endocrine disruptor (ED), which can induce adverse effects on the hormonal functions of living beings. Among the studied processes, the photocatalysis process has the advantage of oxidizing organic pollutants, through the application of radiation and a semiconductor, such as TiO2, which can have its photoactivity improved, with the doping with transition metals, which allows its activation in natural sunlight, a low cost and ecological energy source. In this context, the objective of this study was to evaluate the photocatalytic degradation of EE2 using TiO2 doped with Ag, Cu and Fe and activated by natural sunlight for subsequent application in a solar pilot plant of the reactor with parabolic concentrators (PCR) type. The catalysts were prepared using the hydrothermal method, characterized and tested in the degradation of EE2 following a factorial design of experiments, to select the most efficient catalyst, and then apply it in a central composite design, to determine the best condition for removing the EE2 and apply it on a pilot scale. The most efficient catalyst was TiO2 P25, which in the optimized condition reached 95% degradation, 99.9% reduction in COD and 82% TOC in batch mode. On a pilot scale, at a concentration of 0.1 g L-1 of catalyst, the result achieved was 95% degradation, 99% reduction in COD and 85% TOC. No by-products were observed during degradation by mass spectrometry. In both tests there was a significant reduction in toxicity, verified by the tests with the bioindicators Artemia Salina and Lactuca Sativa. The kinetic study showed that the EE2 degradation followed a zero order model for the batch test and a second order model for the pilot scale test, demonstrating the difference in the EE2 degradation behavior in the two systems studied