DEGRADAÇÃO DE TRIALOMETANOS UTILIZANDO NANOCOMPOSTOS E DETECÇÃO POR CROMATOGRAFIA GASOSA ACOPLADA À ESPECTROMETRIA DE MASSAS (CG-MS)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Analítica

Autores

Silva, D.F. (UFVJM) ; Franco, E.F. (UFVJM) ; Faria, M.C.S. (UFVJM) ; Torres, T.S. (UFVJM) ; Maia, L.F.O. (UFVJM) ; Mourão, A.O. (UFVJM) ; Rodrigues, J.L. (UFVJM)

Resumo

Os Trialometanos (TAMs) são contaminantes gerados na pré-cloração da água em Estações de Tratamento de Água e são substâncias indesejáveis classificadas por agências internacionais como carcinogênicos em seres humanos. No Brasil, a soma das concentrações dos TAMs que é permitida em água para consumo humano é de 100 μg L-1. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um método capaz de degradar os TAMs em água por processo Fenton catalisado por nanopartículas de magnetita dopada com cobalto (Fe3-xCoxO4), com boa taxa de degradação alcançada, com valores de 90%, 90%, 87% e 86% para os compostos Trichlorometano (TCM), Bromodiclorometano (BDCM), Dibromoclorometano (DBCM) e Tribrometano (TBM), respectivamente.

Palavras chaves

Degradação; Trialometanos; Nanocompost

Introdução

Os Trialometanos (TAMs) são conhecidos como subprodutos orgânicos halogenados (SOH) e são gerados na pré-cloração da água em Estações de Tratamento de Água (ETA). São, também, a principal classe de subprodutos na água tratada e uma das primeiras a serem descobertas, sendo, portanto, a mais intensivamente estudada (CARDADOR et al., 2015; GRELLIER et al., 2015). O valor máximo permitido para a soma das concentrações dos TAMs no Brasil é de 100 μg L-1, sendo o Triclorometano (TCM), Bromodiclorometano (BDCM), Dibromoclorometano (DBCM) e Tribromometano (TBM) os exigidos pela portaria nº 2914 (2011) de potabilidade do Ministério da Saúde. Os TAMs são substâncias classificadas por agências internacionais como agentes carcinogênicos em seres humanos (FLORENTIN et al., 2011; GRELLIER et al., 2015; LEGAY et al., 2010; MISHRA et al., 2014). Diante do exposto, faz-se necessário o desenvolvimento de tecnologias que possam ser utilizadas em processos de degradação e remoção desses poluentes no Tratamento de água para consumo humano. Dentre os métodos capazes de realizar a remoção desses poluentes, uma alternativa para degradação dos contaminantes orgânicos pode ser através dos Processos Oxidativos Avançados (POAs). A eficácia dos POAs depende da geração de radicais livres reativos, sendo o mais importante o radical hidroxila (•OH), que são espécies capazes de oxidar a matéria orgânica (Pereira et al., 2012). Neste contexto, temos vários tipos de POAs, como por exemplo o processo de Fenton, oxidação eletroquímica, fotocatálise e ozonização. Dentre eles, o processo de Fenton mostrou-se o mais adequado, devido à simplicidade de seu sistema, o baixo custo de reagentes de ferro e de peróxido de hidrogênio (Esteves et al., 2015; Schulte et al., 1995).

Material e métodos

Processo de degradação usando reações do tipo fenton catalisada por nanopartículas de Fe3-xCoxO4 O método de degradação dos TAMs proposto neste trabalho baseou-se no método de (Esteves et al., 2015) com modificações, no qual a oxidação da matéria orgânica foi por H2O2 catalisada por nanopartículas de Fe3-xCoxO4 . Assim, 50 mL do padrão dos TAMs 240 µgL-1 com pH 6,400 mg de nanopartículas de Fe3-xCoxO4 e 400 µL de H2O2 (30%) foram colocados em um tubo falcon e mantidos sob agitação durante 5 min, à temperatura ambiente. Em seguida, as nanopartículas foram separadas por centrifugação, ficando depositadas no fundo do tubo. Na sequência, a amostra foi transferida para um balão volumétrico de 50 mL, no qual, foi realizada a LLE dos TAMs e analisada em um CG – MS. As taxas de degradações dos compostos foram calculadas utilizando a área inicial do pico menos a área final dividida pela área inicial vezes cem. Após a determinação das variáveis, foi feito um planejamento experimental com o objetivo de determinar a influência das variáveis no processo, para se conseguir o máximo de informação útil a partir de poucos ensaios. Isso proporciona economia de tempo e de reagentes, produzindo resultados mais satisfatórios.

Resultado e discussão

Foi avaliada a eficiência de um método rápido e capaz de degradar a matéria orgânica com base no uso do nanomaterial Fe3-xCoxO4 como catalisador do processo Fenton. Durante o processo de oxidação da matéria orgânica, as nanopartículas Fe3-xCoxO4 ativam as moléculas de H2O2 para conseguir uma oxidação eficiente dos TAMs em meio aquoso. Ao determinar as áreas iniciais (Ai) dos picos dos TAMs e as áreas residuais (Ar), pós-processo Fenton, é possível calcular o valor da taxa de degradação (T%) dos compostos, utilizando a Equação 1. As áreas iniciais e residuais dos TAMs foram determinadas por CG–MS. Equação 01: T%=(Ai-Ar)/Ai ×100 (1) A otimização do método de degradação foi realizada através da análise de um planejamento fatorial 24 completo, com ponto central, para evitar um numero excessivo de ensaios. Os fatores escolhidos e os respectivos níveis estão expostos na Tabela 1, ao passo que na Tabela 2 encontram-se respostas para a taxa de degradação dos quatro TAMs (TCM, BDCM, DBCM e TCM). Analisando as taxas de degradações dos compostos, verifica-se que o planejamento é de suma importância para ajudar na otimização dos parâmetros, os quais são discutidos a seguir para cada composto. Estudos anterios trazem bons resultados na diminuição da taxa de formação dos TAMs (Liu et al., 2008; Rodríguez et al., 2018), Lu et al. (2005) utilizando nanotubos de carbono na adsorção dos TAMs apresenta resultados que variam de 80 a 90% na taxa de adosrção dos compostos, porém em ambos os TAMs não são degradados. Utilizando irradiação de ultra-som Shemer e Narkis (2005) após 180 minutos de sonicação consegiram uma taxa de 80 a 100% de remoção dos TAMs, Além disso, verificou-se que o principal mecanismo de sonodegradação dos compostos foi por pirólise.

Fatores e níveis escolhidos para o planejamento 24 completo com ponto central para Degradação dos TAMs.


Planejamento 24 completo com ponto central – Taxa de degradação para os TAMs.

Conclusões

O método de degradação apresentou bons resultados, com taxas de 90%, 90%, 87% e 86% para os compostos TCM, BDCM, DBCM e TCM, respectivamente. Desta forma, o método poderá ser utilizado como proposta para purificação de água e remediação ambiental. A genotocixidade e mutagenicidade apresentam resultados positivos para TAMs mesmo em concentrações abaixo das regulamentadas pelas portarias de potabilidade, mas pós- degradação os resultados demonstram que a genotocixidade e mutagenicidade apresentaram resultados negativos, o que enaltece o método desenvolvido.

Agradecimentos

Os Autores agradecem à Universidade dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM), Fapemig, CNPq, a Fundação Nacional de Saúde (FUNASA), e a CAPES pelo apoio financeiro e bolsas de estudo.

Referências

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Mishra, B.K., Gupta, S.K., Sinha, A., 2014. Human health risk analysis from disinfection by-products (DBPs) in drinking and bathing water of some Indian cities. J Environ Health Sci Eng 12, 73. doi:10.1186/2052-336X-12-73
Pereira, M.C., Oliveira, L.C.A., Murad, E., 2012. Iron oxide catalysts: Fenton and Fentonlike reactions – a review. Clay Minerals 47, 285–302. doi:10.1180/claymin.2012.047.3.01
Esteves, L.C.R., Oliveira, T.R.O., Souza, E.C., Bomfeti, C.A., Gonçalves, A.M., Oliveira, L.C.A., Barbosa, F., Pereira, M.C., Rodrigues, J.L., 2015. A fast and environment-friendly method for determination of chemical oxygen demand by using the heterogeneous Fenton-like process (H2O2/Fe3-xCoxO4 nanoparticles) as an oxidant. Talanta 135, 75–80. doi:10.1016/j.talanta.2014.11.055
Schulte, P., Bayer, A., Kuhn, F., Luy, T., Volkmer, M., 1995. H 2 O 2 / O 3 , H 2 O 2 / UV And H 2 O 2 / Fe 2+ Processes For The Oxidation Of Hazardous Wastes. Ozone: Science & Engineering 17, 119–134. doi:10.1080/01919519508547541