Degradação de perfluorados por processos foto-Fenton homogêneo – efeito da cadeia carbônica e grupo funcional
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Autores
Orientador
Nogueira, Raquel Fernandes Pupo 
Coorientador
Pós-graduação
Química - IQAR
Curso de graduação
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As substâncias per e polifluoroalquil (PFAS) se caracterizam por uma cadeia alifática que contém todos os átomos de carbono ligados a átomos de flúor e um grupo funcional diversificado, o que confere a esses compostos propriedades físico-químicas que permitem aplicação em vários segmentos industriais como indústria automobilística, cosméticos, eletrônicos, indústria alimentícia, entre outras. Mesmo com as medidas para limitar a sua produção e uso devido aos riscos à saúde e ambiente, produtos à base dessas substâncias permanecem no ambiente por serem extremamente recalcitrantes. Nesse trabalho, o ácido perfluorooctanóico (PFOA), o ácido heptabuntanóico (HFBA) e o ácido perfluorobutano sulfônico (PFBS), que são representantes dos PFAS, foram submetidos à degradação por processo foto-Fenton homogêneo, usando Fe2+ (FeCl2) como catalisador e por processo redutivo mediado por ferro metálico 200 mesh. Os resultados mostraram que a eficiência de degradação dos PFAS é dependente da quantidade de carbonos na cadeia principal e do grupo funcional, sendo o tamanho de cadeia a característica que mais impacta. A degradação por processo foto-Fenton sob UVC foi mais efetiva na remoção do PFOA (57% de degradação e 23% de desfluoração após 300 min), que possui oito carbonos e grupo funcional carboxílico. A eficiência foi menor quando o processo foi aplicado ao HFBA (12% de degradação e 2% de desfluoração, também em 300 min) que contém quatro carbonos na cadeia principal e o mesmo grupo funcional. Por outro lado, o PFBS, que possui quatro carbonos na cadeia principal e grupo sulfônico foi degradado em apenas 6% e 2% de desfluoração no mesmo tempo. O efeito da concentração do catalisador foi avaliado com o aumento da concentração de 0,2 para 0,4 mmol L-1, e não resultou em maior eficiência de remoção final, mas influenciou na cinética de degradação do PFOA. Outras fontes de ferro para a reação de foto-Fenton, como o complexo ferrioxalato (FeOx), FeCl3 0,2 mmol L-1 e magnetita 0,125 g L-1 foram aplicados à degradação do PFOA, com remoção de 55%, 39% e 10%, respectivamente, após 300 min, o que mostra a maior efetividade do uso de Fe2+ em comparação a outras fontes de ferro em processo oxidativo. Além disso, a degradação do PFOA foi avaliada na ausência de H2O2, atingindo remoção de 62% quando submetido a Fe2+/UVC. A participação do radical hidroxila (HO•) na degradação de PFOA foi avaliada na presença de t-butanol, usado como sequestrante de HO•. Foi observada redução da degradação em sistema foto-Fenton de 57% para 32%, redução no sistema H2O2/UV-C de 24% para 6%, e no sistema Fe2+/UV-C de 62% para 42%, indicando contribuição parcial do HO• na degradação e principalmente pela interação entre o PFOA e o Fe2+. Não houve degradação por processo redutivo na ausência de irradiação , mas na presença de irradiação UVC, a remoção foi de 17% para o PFOA, 2% para HFBA e 12% para o PFBS, bastante inferior do que no processo oxidativo.
Resumo (inglês)
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are characterized by an aliphatic chain that contains all carbon atoms bonded to fluorine atoms and a diverse functional group, which gives these compounds physical and chemical properties that enable their application in various industrial sectors such as the automotive industry, cosmetics, electronics, food industry, among others. Even with measures to limit their production and use due to health and environmental risks, products containing these substances persist in the environment because they are extremely recalcitrant. In this study, perfluorooctanoic acid PFOA, heptanoic acid (HFBA), and perfluorobutanesulfonic acid (PFBS), which are representatives of PFAS, were subjected to degradation by a homogeneous photo-Fenton process, using Fe2+ (FeCl2) as a catalyst and by a reductive process mediated by metallic iron 200 mesh. The results showed that the degradation efficiency of PFAS depends on the number of carbon atoms in the main chain and the functional group, with the chain length being the characteristic that has the greatest impact. The photo Fenton process was more effective in removing PFOA (57% degradation and 23% defluorination.in 300 min), which has eight carbon atoms and a carboxyl functional group. The efficiency was lower when the process was applied to HFBA (12% degradation and 2% defluorination in 300 min), which contains four carbon atoms in the main chain and the same functional group. On the other hand, PFBS, which has four carbon atoms in the main chain and a sulfonic group, was degraded by only 6% and 2% defluorination after the same time. The effect of catalyst concentration was evaluated by increasing the concentration from 0.2 to 0.4 mmol L-1, which did not result in higher final removal efficiency but influenced the degradation kinetics of PFOA. Other iron sources for photo-Fenton reaction, such as the ferrioxalate complex (FeOx), FeCl3 0.2 mmol L-1, and magnetite 0.125 g L-1, were applied to the degradation of PFOA, with removal rates of 55%, 39%, and 10%, respectively, after 300 min, demonstrating the higher effectiveness of using Fe2+ compared to other iron sources in oxidative processes. Additionally, the degradation of PFOA was evaluated in the absence of H2O2, achieving a removal rate of 62% when subjected to Fe2+/UVC. The role of hydroxyl radical (HO•) in the degradation of PFOA was evaluated in the presence of t-butanol, used as a HO• scavenger. A decrease of degradation was observed in all systems from 57% to 32% in the photo-Fenton system from 24% to 6% in the H2O2/UV-C system and from 62% to 42% in the Fe2+/UVC system, indicating that the degradation occurs partly through HO• and mainly through the interaction between PFOA and Fe2+. No degradation was observed in the absence of irradiation, but in the presence of UV-C irradiation, the removal was 17% for PFOA, 2% for HFBA, and 12% for PFBS, much lower than in the oxidative process.
Descrição
Palavras-chave
Ácidos orgânicos, Ferro, Reção de oxidação-redução, Fotodegradação, Haletos
Idioma
Português
