Remoção de clorpirifós em água por Ozonização: Efeito do pH, temperatura, presença de H2O2 e tipo de reator.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Analítica

Autores

Paiva, A.C.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Queiroz, M.E.L.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Oliveira, A.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Neves, A.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Heleno, F.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)

Resumo

Avaliou-se neste estudo a eficiência do ozônio na remoção de resíduos de clorpirifós em água, em função do pH, da temperatura e da concentração de peróxido de hidrogênio na amostra, bem como a influência do tipo de reator (vidro e alumínio) nos experimentos. Foi realizado um experimento fatorial 2³ com triplicata no ponto central, totalizando 11 experimentos. Os parâmetros pH e concentração de H₂O₂ foram os que mais contribuíram para remoção do inseticida clorpirifós, tanto nos reatores de vidro como de alumínio. Temperaturas mais elevadas degradam mais rapidamente o inseticida. A melhor condição para degradação do clorpirifós em água, empregando ambos os reatores foi: pH = 11,0 e concentração de H₂O₂ = 10 mmol e T=35 °C.

Palavras chaves

Ozônio; Degradação; Agrotóxicos

Introdução

O uso inadequado de agrotóxicos em diversas culturas tem sido fonte de contaminação de solos, águas, assim como dos produtos obtidos no cultivo, causando a depreciação dos mesmos (GUEDES et al., 2014). A presença destes compostos em água gera preocupação, uma vez que os métodos convencionais de tratamento de água não são efetivos para remoção de agrotóxicos que se encontram em baixas concentrações no meio. Devido à preocupação dos efeitos desses contaminantes no homem, técnicas de degradação e remoção de agrotóxicos têm sido desenvolvidas (PIMENTA et al., 2017). Dentre os métodos utilizados, estudos tem apontado o ozônio como oxidante em potencial, por ser eficiente na degradação de poluentes presentes em água, além de se tratar de uma técnica limpa, cujo tratamento pode ser realizado in situ (DOMÈNECH et al., 2001). Os mecanismos de ação do ozônio em compostos orgânicos envolvem dois tipos de reações: as reações diretas, mais lentas, as quais envolvem o ozônio molecular atuando de forma menos seletiva e preferencialmente em valores de pH mais baixos, e, as reações indiretas, mais rápidas, que envolvem reações com os radicais HO• gerados, preferencialmente, em elevados valores de pH (O’DONNEL et al., 2012). Além do pH, a temperatura e a adição de agentes oxidantes como H₂O₂ também podem auxiliar na degradação/remoção de poluentes. Neste trabalho foi avaliada a eficiência da ozonização na remoção de resíduos de clorpirifós em água potável, em função do pH, concentração de peróxido de hidrogênio e temperatura do meio, além do uso de dois tipos de reatores: alumínio e vidro.

Material e métodos

Uma câmara de madeira, (60 cm x 55 cm x 40 cm) revestida internamente por papel alumínio e contendo um orifício para passagem de fios e mangueiras para borbulhamento de ozônio, retirada de alíquotas e saída do excesso de ozônio foi empregada neste estudo. No interior da câmara foi instalado um reator (de alumínio ou vidro) sobre mesa agitadora. Para geração de ozônio foi utilizado um ozonizador OzoneLife 1.5RM. Um planejamento fatorial 23 com 3 repetições no ponto central (Tabela 1), foi realizado, mantendo-se a concentração de ozônio constante no valor de 10 mg/L, com fluxo de 1,0 L/min, avaliando-se o valor de pH (3; 7 e 11), a concentração de peróxido de hidrogênio (0, 5 e 10 mmol) e a temperatura (15, 25 e 35 °C).Foi preparada solução estoque de clorpirifós na concentração de 700,0 mg/L a partir do produto comercial Pyrinex. Cada experimento consistiu na fortificação de 700,0 mL de água com pH ajustado, contida no reator, de forma a se obter a concentração final de 1 mg/L de clorpirifós. Em seguida, deu-se início à ozonização, com os valores ajustados de pH, [H₂O₂] e temperatura, durante 30 min, com amostragem de 10,0 mL de 5 em 5 min. Todas as alíquota foram submetidas ao método de Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (DLLME) no qual injeta-se em 5,0 mL de amostra uma mistura de solventes extrator (100 μL de tolueno) e dispersor (500 μL de acetona), seguido de agitação em vórtex por 30 s e 5 min de centrifugação. A fase orgânica formada foi retirada e analisada por cromatografia. As análises foram feitas em duplicata utilizando-se um Cromatógrafo a Gás 2014 Shimadzu® com detector por ionização em chama (GC/FID).

Resultado e discussão

Observou-se, no processo de ozonização, tanto nos experimentos utilizando o reator de vidro quanto o de alumínio, que o pH e a presença de peróxido de hidrogênio foram os fatores que mais contribuíram para a remoção do clorpirifós. Com relação à temperatura, somente em temperaturas elevadas a degradação foi superior a 98 %. Em temperaturas mais baixas observou-se a degradação de 57 a 68 % do clorpirifós. O aumento da temperatura leva ao aumento da velocidade da reação e consequentemente à degradação mais rápida do clorpirifós. Em relação ao pH, observou-se que em meio básico (pH = 11,0), 89 a 98 % do clorpirifós foi degradado após 15 min de ozonização. Em pH elevado o mecanismo de ação do ozônio se dá pela formação de radicais OH•, responsáveis por uma degradação mais rápida e não-seletiva (O’DONNEL et al., 2012). Já em relação ao peróxido de hidrogênio, os melhores resultados foram obtidos utilizando-se maior concentração de H₂O₂ ([H₂O₂] = 10 mmol). A presença deste oxidante no meio leva à formação de radicais OH•, aumentado o poder de oxidação quando associado ao ozônio (AUTIN et al., 2012). Nestas condições, isto é pH = 11,0 e [H₂O₂] = 10 mmol, foram obtidos entre 93,6 a 96,5 % de degradação do clorpirifós após 5 min de ozonização (Figuras 1A e 1B).

Dados do Planejamento Fatorial.


% de degradação de clorpirifós nas condições ótimas nos reatores de vidro (1A) e alumínio (1B), respectivamente.

Conclusões

Observou-se um forte efeito do pH e da concentração de H2O2 na remoção do inseticida clorpirifós empregando o processo de ozonização, tanto nos reatores de vidro como de alumínio. Temperaturas mais altas degradam mais rapidamente o inseticida. A melhor condição para degradação do clorpirifós em água, empregando ambos os reatores foi: pH = 11,0 e concentração de H2O2 = 10 mmol e T=35 °C. Constatou-se que o alumínio do reator contribui para a degradação do composto estudado, porém são necessários novos estudos para avaliar a eficiência do mesmo na degradação de agrotóxicos.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FAPEMIG, ao CNPq, à Capes, e à UFV pelo apoio concedido.

Referências

AUTIN, O.; HART, J.; JARVIS, P.; MacADAM, J.; PARSONS, S. A.; JEFFERSON, B.; Comparison of UV/H2O2 and UV/TiO2 for the degradation of metaldehyde: kinetics and the impact of background organics. Water Research, v. 46, n. 17, p. 5655-5662, 2012. DOMÈNECH, X.; JARDIM, W. F.; LITTER, M. I. Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes. In: BLESA, M. A.(Ed.). Eliminación de contaminantes por fotocatálisis heterogénea. La Plata, AR: CYTED (Digital Graf.), 2001, cap. 1, p. 3-26.GUEDES, T. J.; HELENO, F. F.; AMARAL, M. O.; PINTO, N. A. V. D.; QUEIROZ, M. E. L. R.; SILVA, D. F.; SILVA, A. A. A Simple and Efficient Method Employing Solid-Liquid Extraction with Low‑Temperature Partitioning for the Determination/Monitoring of Pesticide Residues in Strawberries by GC/ECD. Journal of The Brazilian Chemical Societt, v. 25, n. 8, p. 1520-1527, 2014. O’DONNELL, C .; TIWARI , B. K.; CULLEN, P. J.; RICE, R. G. Ozone in food processing. 1. ed. Chichester, UK: John Wiley& Sons, 2012, 308 p. PIMENTA, G. G.,QUEIROZ, M. E. L. R., VICTOR, R. P. D., NORONHA, L. M., NEVES, A. A., OLIVEIRA, A. F., HELENO, F. F. DLLME-GC/ECD Method for the Residual Analysis of Parathion-Methyl and its Application in the Study of the UV-Photodegradation Process. Journal of The Brazilian Chemical Societt, v. 00, n. 00, p. 1-9, 2017.