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Tipo do documento: Dissertação
Título: Avaliação da performance fotocatalítica do óxido modificado SrZrxSn1-xO3 quanto a degradação da microcistina-LR em águas de abastecimento
Autor: Ramo, Luciano Bernardo 
Primeiro orientador: Simões, Simone da Silva
Primeiro coorientador: Alves, Mary Cristina Ferreira
Primeiro membro da banca: Moura, Ricardo Olímpio de
Segundo membro da banca: Eliziário, Sayonara Andrade
Terceiro membro da banca: Veras Neto, Jose Germano
Resumo: A modificação de ambientes aquáticos pelo acúmulo de nutrientes produzidos nos diferentes processos antropogênicos é a principal causa de eutrofização em rios e lagos em todo o mundo. A eutrofização é apontada como sendo um dos principais fatores responsáveis pelo aumento das florações de cianobactérias. Essas florações promovem a deterioração da qualidade da água e constituem um sério risco à saúde. A presença de cianobactérias que produzem cianotoxinas, tais como a microcistina que tem efeitos negativos nos corpos hídricos destinados ao abastecimento público, uma vez que apresentam efeito nocivo à saúde humana e de animais. As microcistinas são hepatotoxinas que causam problemas principalmente no fígado e pode levar a morte dependendo da concentração ingerida. De maneira geral, os tratamentos convencionais realizados pelas estações de tratamento de água não têm sido suficientes, já que não conseguem eliminar as toxinas dissolvidas. Dessa forma, a presente pesquisa tem por objetivo avaliar a performance fotocatalítica dos óxidos modificados SrZrxSn1-xO3 quanto a degradação da microcistina-LR em águas de abastecimento utilizando planejamento do tipo Box Behnken. Os óxidos utilizados nesta pesquisa foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia Raman e espectrofotometria ultravioleta. A cepa microcystis aeruginosa, produtora da espécie de microcistina-LR utilizada neste trabalho é cultivada pelo LAQUISA/EXTRABES. Para avaliação da performance utilizou-se planejamento experimental variando-se 3 fatores em 3 níveis. As variáveis independentes avaliadas foram modificação estrutural, massa do óxido e tempo de contato do óxido com a solução. As variáveis dependentes foram a porcentagem de degradação e a porcentagem de hemólise após o processo fotocatalítico. A concentração da toxina antes e depois do experimento foi analisada utilizando a HPLC-MS e a toxicidade das soluções, por testes de atividade hemolítica. De acordo com os resultados, os padrões de DRX mostraram a presença de picos bem definidos, referente a fase principal da estrutura da perovskita ortorrômbica (Pbnm). Os gráficos de Raman revelaram que as amostras puras SrZrO3 e SrSnO3 apresentam modos ativos típicos de perovskitas do tipo ortorrômbicas com 24 modos ativos. O espectro de UV-Vis utilizados para calcular o band gap, mostrou que o aumento na quantidade do cátion A do sistema SrZrxSn1-xO3 levou a um aumento dessa energia. De acordo com a avaliação estatística dos resultados obtidos do planejamento experimental foi possível verificar a significância dos fatores estudados, bem como de suas interações. O gráfico de Pareto, a tabela dos efeitos e a ANOVA do planejamento experimental mostraram que para primeira resposta avaliada, porcentagem de degradação, os fatores individuais tempo quadrático e estequiometria quadrática, bem como a interação entre a massa linear e tempo quadrático e a massa linear e tempo linear foram significativos para a performance fotocatalítica dos óxidos modificados estudados. Para a segunda resposta, porcentagem de hemólise, os fatores individuais massa linear, tempo quadrático, estequiometria quadrática, bem como todas as interações lineares e quadráticas dos efeitos principais foram consideradas significativas para o modelo. Os dados ainda mostraram que uso de 0,2 g do óxido SrZr0,75Sn0,25O3 exposto a radiação de 2 lâmpadas UVC por 5 horas levou a uma degradação de 39,9% e uma hemólise de 13,89%. O óxido que apresentou melhor performance fotocatalítica foi o SrZr0,75Sn0,25O3, que possui o maior grau de assimetria. Os resultados obtidos são promissores e indicam que o uso dos óxidos estudados se mostra adequado para a remoção da toxina MC-LR de águas e que o subproduto da reação de fotodegradação não é tóxico já que apresenta porcentagem de hemólise inferior a 30%.
Abstract: The main cause of eutrophication in rivers and lakes is the accumulation of nutrients produced in different anthropogenic processes. Being eutrophication one of the main factors for the increase of cyanobacterial blooms. These blooms change the water quality establishing a serious health risk. In fact, cyanobacteria produce microcystin and other cyanotoxins that negatively affects water bodies for public supply. Such toxins are very harmful to human and animal health. Microcystins were found to be hepatotoxins by damaging the liver leading to death upon its levels. Usually water treatments used by the treatment facilities are not efficient as they fail in eliminating such toxins dissolved in waters. Thus, the present study aims to evaluate the photocatalytic performance of modified oxides SrZrxSn1-xO3 regarding their ability to degrade LR microcystin from water supply using Box Behnken experimental design. The oxides used in this work were characterized by X-Ray Diffraction, Raman Spectroscopy and Ultraviolet Spectrophotometry. The Microcystis aeruginosa strain, a producer of the microcystin-LR, was cultivated by LAQUISA/EXTRABES laboratory. Experimental design was used for performance evaluation, in which 3 factors varies at 3 levels. Three independent variables were evaluated, structural modification, oxide mass, and time of oxide in solution. The dependent variables tested were the degradation percentage and the haemolysis percentage after the photocatalytic process. Toxin concentrations were analysed before and after each trial by using HPLC-MS. Solution toxicity was measured by haemolytic activity tests. According to the results, XRD patterns showed well-defined peaks related to the main phase of the orthorhombic perovskite (Pbnm) structure. Raman spectra revealed that samples of pure SrZrO3 and SrSnO3 have typical active modes of perovskites of orthorhombic type with 24 active modes. The UV-Vis spectrum was used to calculate the band gap. Results showed the increase of cation A in the SrZrxSn1-xO3 system led to an increase of its energy. The experimental design allowed statistical evaluation of results in order to verify the significance of factors, as well as their interactions. Altogether the Pareto graph, the effects table and the ANOVA experimental design showed significance for the photocatalytic performance of the modified oxides studied for the evaluation of first response, the percentage of degradation, the individual factors of quadratic time and quadratic stoichiometry, as well as the interaction between linear mass with quadratic time, and linear mass with linear time. Similarly, for the evaluation of second response results demonstrated that percentage of haemolysis, individual factors of linear mass, quadratic time, and quadratic stoichiometry, altogether with all quadratic and linear interactions of the main effects were considered significant for the model. In addition, data showed 39.9% of degradation and 13.89% of haemolysis when 0.2 g of SrZr0.75Sn0.25O3 oxide was exposed to radiation of 2 UVC lamps for 5 hours. The best photocatalytic oxide found was SrZr0.75Sn0.25O3, which shows the highest degree of asymmetry. These promising results have shown the use of such oxides are satisfactory for the removal of MC-LR toxin from waters. Furthermore, the photodegradation reaction by-product was found to be non-toxic by having less than 30% of haemolysis.
Palavras-chave: Cianotoxinas
Processos Oxidativos Avançados
Método Box Behnken
Eutrofização
Cyanotoxin
Advanced Oxidation Processes
Box Behnken Method
Eutrophication
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Citação: RAMO, L. B. Avaliação da performance fotocatalítica do óxido modificado SrZrxSn1-xO3 quanto a degradação da microcistina-LR em águas de abastecimento. 2019. 131f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/3569
Data de defesa: 30-Set-2019
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