Degradação de cefalexina por processo foto-Fenton solar em reator contínuo e eletro-Fenton heterogêneo

Abstract

A contaminação ambiental por antibióticos apresenta graves consequências para a biota aquática e para a saúde humana, mesmo em baixas concentrações. Devido ao amplo uso da cefalexina (CEX) e ao crescente interesse no desenvolvimento de processos que promovam a degradação de poluentes, este projeto estudou dois diferentes sistemas de processos oxidativos avançados, foto-Fenton heterogêneo e eletro-Fenton aplicando o mesmo catalisador de magnetita eletrodepositado em tela de aço inox (SS). O primeiro sistema foi em um reator de vidro de 1,5 L operado em fluxo contínuo para degradação por processo foto- Fenton solar heterogêneo. O sistema foi avaliado pela eficiência de degradação do antibiótico cefalexina em água ultrapura em pH 5,5. Com o auxílio de método estatístico de superfície de resposta em um modelo 2k e três pontos centrais, foi avaliado os efeitos da vazão de alimentação do reator, da concentração de peróxido de hidrogênio e da quantidade de catalisador, que apresentou valores significativos para vazão e concentração de peróxido de hidrogênio em valores mínimo e máximo, respectivamente. A quantidade de catalisador não apresentou valores significativos, sendo constatada a remoção de CEX de 84, 80 e 90% com 4, 6 e 8 telas contendo o catalisador, nos valores otimizados de vazão de 50 mL min-1, e concentração de H2O2 de 10 mmol L-1. Em experimento aplicado em efluente em condições otimizadas apresentou 86% de degradação. No segundo sistema estudado, o processo eletro-Fenton foi avaliado em pH 3 e 7 utilizando a tela com magnetita eletrodepositada como catalisador em sistemas de 2 e 4 eletrodos, e em sistema foto-eletro-Fenton. No sistema eletroquímico foi verificada a eficiência do catalisador nos sistemas de eletrodo de difusão gasosa (EDG) com o catalisador inserido no EDG como cátodo e no sistema em que o catalisador foi inserido em solução, porém sem eletrificação, em pH 3 e pH 7. Em pH 3 foi atingida remoção de 40% de carbono orgânico total (COT) em 2 horas. Em ambos os sistemas, o catalisador apresentou estabilidade após mais de 4 ciclos em cada sistema com degradação de CEX superior a 80%.

Environmental contamination by antibiotics has severe consequences for aquatic biota and human health, even at low concentrations. Due to the widespread use of cephalexin (CEX) and the growing interest in the development of processes that promote the elimination of pollutants, this project studied two different systems of advanced oxidative processes, heterogeneous photo-Fenton and electro-Fenton, applying the same discoveries of magnetite electrodeposited on stainless steel mesh. The first system was in a 1.5 L glass reactor operated in continuous flow for manipulation by heterogeneous solar photo-Fenton process. The system was evaluated for the manipulation efficiency of the antibiotic cephalexin in ultrapure water at pH 5.5. With the aid of a statistical response surface method in a 2k model and three central points, the reactor feed flow rate, hydrogen peroxide concentration and contour quantity were evaluated, which presented significant values for flow rate and hydrogen peroxide concentration at minimum and maximum values, respectively. The discovery did not present significant values, with the removal of CEX of 84, 80 and 90% being observed with 4, 6 and 8 screens containing the development, at the optimized values of flow rate of 50 mL min-1, quantity and concentration of H2O2 of 10 mmol L-1. In an experiment applied in effluent under optimized conditions, it presented 86% of manipulation. In the second trained system, the electro Fenton process was evaluated at pH 3 and 7 using the screen with electrodeposited magnetite as studies in systems of 2 and 4 electrodes, and in a photo-electro-Fenton system. In no electrochemical system was the efficiency of the innovative one verified in the gas diffusion electrode (EDG) systems with the findings found in the EDG as cathode and in the system in which the incident was inserted in solution, but without electrification, at pH 3 and pH 7. At pH 3, removal of 40% of the total organic carbon (TOC) was obtained in 2 hours. In both systems, stability was found after more than 4 cycles in each system with CEX handling greater than 80%.