Universidade Federal de Santa Maria

Apresentação em tema: "Universidade Federal de Santa Maria"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Educação Superior Norte – RS Departamento de Ciências Agronômicas e Ambientais Avaliação e Aplicação dos Processos Oxidativos Avançados na Degradação do Herbicida 2,4-D Acadêmica: Mariele Fioreze Orientadora: Prof.ª Dr.ª Eliane Pereira dos Santos Coorientador: Prof. Dr. Arci Dirceu Wastowski Frederico Westphalen, 07 de junho de 2013

2 1. Caracterização e Justificativa
Agrotóxicos Controle de pragas e doenças Uso deveria ocorrer em condições controladas Transporte: via terrestre O uso de agrotóxicos se faz necessário devido à necessidade de controle de pragas e doenças que atacam as culturas de interesse agronômico. Porém, a sua utilização deveria ocorrer em condições controladas, fato que não é observado na grande maioria dos casos, o que resulta em episódios de contaminação dos solos, água e atmosfera, colocando em risco, além da saúde ambiental, também a saúde humana (SANTOS, 2009). Além dos fatores ligados à utilização destes produtos, o transporte, na maioria das vezes feito por vias terrestres, também põe em risco a saúde ambiental e humana em casos de ocorrência de sinistros Sinistros Contaminação: solos, água e atmosfera

3 1. Caracterização e Justificativa
Grande variação de fórmulas químicas estruturais Multiplicidade de comportamentos no ambiente POSSÍVEIS DESTINOS: Evaporação Adsorção pelo solo Lixiviação Desagregação por microrganismos Reações químicas na superfície ou interior do solo. A grande variação de fórmulas químicas estruturais encontradas nos agrotóxicos leva à multiplicidade de comportamentos destas substâncias no ambiente. Alguns dos possíveis destinos destas substâncias são: evaporação (perda na atmosfera), adsorção pelo solo, lixiviação (quando o agrotóxico adentra ao solo sob a forma líquida ou de solução), desagregação por microrganismos, além de poderem ser submetidos a reações químicas na superfície ou interior do solo (LÊ PAUDER, 1994; LUCHINI, 1995). Além de os agrotóxicos poderem persistir por vários anos no solo e alcançar os mananciais superficiais e subterrâneos, é verificado um sistema precário de monitoramento dos mananciais, que nem sempre atende aos padrões de potabilidade, além de sistemas deficientes de remoção de tais micro contaminantes orgânicos nas estações de tratamento de água (MENEZES et al., 2005).

4 1. Caracterização e Justificativa
Desenvolvimento e aprimoramento de novas alternativas para a degradação de substratos resistentes PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POAs) Além de os agrotóxicos aplicados nas culturas poderem persistir por vários anos no solo e alcançar os mananciais superficiais e subterrâneos, é verificado um sistema precário de monitoramento dos mananciais, que nem sempre atende aos padrões de potabilidade, além de sistemas deficientes de remoção de tais micro contaminantes orgânicos nas estações de tratamento de água6. Nos últimos anos, várias alternativas vêm sendo desenvolvidas e aprimoradas para o tratamento de poluentes orgânicos. Dentre estas, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm aparecido como uma excelente alternativa para o tratamento de resíduos, devido a sua elevada eficiência para a degradação de substratos resistentes10. Atualmente, esses processos são vistos como uma alternativa promissora no tratamento de matrizes contaminadas por substâncias altamente tóxicas e recalcitrantes8.

5 1. Caracterização e Justificativa
PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POAs) Tratamentos que se baseiam na geração de radicais livres (hidroxil OH·); Capazes de mineralizar completamente as substâncias iniciais ou a produtos mais facilmente biodegradáveis; A eficiência depende principalmente de: produção e reatividade do radical gerado e, capacidade de reação entre o substrato radicalar formado e o oxigênio molecular presente no meio. Os Processos Oxidativos Avançados são tratamentos que se baseiam na geração de radicais livres, em especial o radical hidroxil (OH·). Esses radiais são substâncias altamente oxidantes, capazes de reagir com praticamente todas as classes de compostos orgânicos7,10. São tratamentos capazes de mineralizar completamente as substâncias iniciais (reduzindo-as a CO2 e H2O) devido ao seu alto potencial padrão de oxidação (cerca de 2,8 V), ou a produtos mais facilmente biodegradáveis que os compostos iniciais1,3. A eficiência desses processos depende principalmente de três parâmetros: produção e reatividade do radial gerado e, capacidade de reação entre o substrato radicalar formado e o oxigênio molecular presente no meio2.

6 2. Objetivos e Metas OBJETIVO GERAL:
Estudar a cinética e a eficiência de degradação do herbicida 2,4-Diclorofenoxiacético (2,4-D) via Processos Oxidativos Avançados (POAs), utilizando os Sistemas Fenton e Foto-Fenton, através da analise das diversas variáveis e condições intervenientes no processo.

7 2. Objetivos e Metas METAS TÉCNICO CIENTÍFICAS DO PROJETO
Utilizar os Sistemas Fenton e Foto-Fenton para o estudo da degradação de amostras padrão do herbicida 2,4-Diclorofenoxiacético, realizando a análise das diferentes variáveis que afetam a velocidade das reações de degradação, como a diluição inicial do herbicida, a concentração inicial dos reagentes, temperatura e pH; Determinar a eficiência da degradação do 2,4-D, comparando os Sistemas Fenton e Foto-Fenton em termos de eficácia e rapidez de degradação;

8 2. Objetivos e Metas METAS TÉCNICO CIENTÍFICAS DO PROJETO
Monitorar a toxicidade aguda previamente e após o tratamento das amostras de 2,4-D via Processos Oxidativos Avançados, utilizando o bioindicador Artemia salina (Branchipus stagnalis); Realizar o estudo da cinética de degradação do herbicida 2,4-D submetido à oxidação avançada pelos Sistemas Fenton e Foto-Fenton, através da análise dos principais fatores intervenientes na velocidade das reações químicas.

9 3. Metodologia e Estratégia de Ação
INSTRUMENTAÇÃO Cromatografia Líquida de Alta Eficiência – CLAE (modelo YL Young Lin Instrument®), disponível na Central Analítica II da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), campus Frederico Westphalen. pHmetro, termômetros, aquecedor com agitador magnético e medidor de oxigênio dissolvido, disponíveis no Laboratório de Águas e Efluentes e Laboratório de Química da UFSM, campus Frederico Westphalen. O monitoramento do processo de degradação do 2,4-Diclorofenoxiacético será realizado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência – CLAE (modelo YL Young Lin Instrument®), acoplado a detector de arranjo de diodos (DAD), disponível na Central Analítica II da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), campus Frederico Westphalen. Também serão utilizados pHmetro, termômetros, aquecedor com agitador magnético e medidor de oxigênio dissolvido, disponíveis no Laboratório de Águas e Efluentes e Laboratório de Química da UFSM, campus Frederico Westphalen.

10 3. Metodologia e Estratégia de Ação
REAGENTES E SOLUÇÕES Ácido Sulfúrico (H2SO4) e Hidróxido de Sódio (NaOH) para controle do pH; Peróxido de Hidrogênio (H2O2, 30% m/v) como fonte de radicais hidroxil; Sulfato Ferroso Heptahidratado (FeSO4.7H2O) como catalizador; Padrão de referência de 2,4-Diclorofenoxiacético.

11 3. Metodologia e Estratégia de Ação
DEGRADAÇÃO E MONITORAMENTO DOS SISTEMAS FENTON E FOTO-FENTON Sistema Fenton Sistemas Foto-Fenton Degradação do 2,4-D será monitorada pela análise de alíquotas coletadas em diferentes tempos reacionais (0, 15, 30, 45 e 60 min). A determinação da cinética química e da eficiência do processo de degradação será efetuada através de Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência. O processo de degradação do 2,4-D será monitorado pela análise de alíquotas coletadas em diferentes tempos reacionais (0, 15, 30, 45 e 60 min). A determinação da cinética química e da eficiência do processo de degradação será efetuada através de Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência (CLAE) YL 9100HPLC System (Young Lin®), equipado com injetor automático YL 9150, detector DAD YL 9160 operando em 220 nm, com bomba quaternária YL 9110.

12 3. Metodologia e Estratégia de Ação
TOXICIDADE AGUDA Bioensaios, utilizando como organismo indicador o crustáceo Artemia salina. Os ovos de Artemia salina serão mantidos por 48 horas em solução marinha, sob aeração, com controle de temperatura (entre °C) e pH (entre 6,0 – 7,0). A avaliação da toxicidade aguda será realizada por meio de bioensaios, utilizando como organismo indicador o crustáceo Artemia salina. Os ovos de Artemia salina serão mantidos por 48 horas em solução marinha, sob aeração, com controle de temperatura (entre °C) e pH (entre 6,0 – 7,0).

13 4. Resultados e Impactos Esperados
INDICADORES DE RESULTADO AO FINAL DO PROJETO Acadêmicos do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Santa Maria, campus Frederico Westphalen, familiarizados com as questões relacionadas à contaminação ambiental provocada por agroquímicos, em especial o 2,4-Diclofenoxiacético e seus derivados, e também com o emprego de oxidação avançada para a degradação dos mesmos; Estabelecimento de hipóteses referentes aos fatores determinantes da velocidade das reações de degradação do herbicida 2,4-D, elucidando os mecanismos de reação envolvidos, e identificando a ordem global da reação de degradação;

14 4. Resultados e Impactos Esperados
INDICADORES DE RESULTADO AO FINAL DO PROJETO Elaboração de relatório técnico apresentando os resultados relativos à cinética e a taxa de degradação do herbicida 2,4-D, através da utilização de Processos Oxidativos Avançados pelos Sistemas Fenton e Foto-Fenton; Elaboração de relatório do bolsista; Participação na Jornada Acadêmica Integrada JAI/UFSM.

15 4. Resultados e Impactos Esperados
REPERCUSSÃO E/OU IMPACTO DOS RESULTADOS a) Aquisição de resultados referentes à eficiência do emprego dos Sistemas Fenton e Foto-Fenton para a degradação de 2,4-D, determinando também qual dos dois processos mostrou maior eficácia; b) Obtenção de dados conclusivos referentes à cinética de degradação de amostras padrão de 2,4-D submetidas ao tratamento por Processos Oxidativos Avançados pelos Sistemas Fenton e Foto-Fenton; c) Aumento do interesse da comunidade acadêmica, em especial do curso de Engenharia Ambiental, para o estudo e desenvolvimento de pesquisas na área de química ambiental e química analítica.

16 5. Riscos e Dificuldades Dificuldade 1: Falta de recursos financeiros para o andamento do projeto. Medida 1: Captar recursos junto à órgãos que disponibilizam recursos para tal fim. Dificuldade 2: Estabelecimento e validação da metodologia para o monitoramento da degradação. Medida 2: Realizar ensaios prévios. Dificuldade 3: Não adaptação do bioindicador escolhido para o monitoramento da toxicidade. Medida 3: Busca e aquisição de bioindicadores alternativos.

17 6. Melhores Práticas do Grupo no Tema ou Área Proposta
Eliane Pereira dos Santos é graduada em Química Industrial (1998), mestre em Ciência e Tecnologia Farmacêutica (2001) e doutora em Química (2006) pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Tem experiência na área de Química Analítica, atuando principalmente com os seguintes temas: Processos Oxidativos Avançados (sendo, nos últimos anos, orientadora de diversas Monografias de Conclusão de Curso que utilizaram a oxidação avançada como temática) e análise de traços em amostras de medicamentos e ambientais. Atua a oito anos como professora em instituição de ensino superior (Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI campus Frederico Westphalen de 2005 a 2009, e Universidade Federal de Santa Maria – UFSM campus Frederico Westphalen onde atua desde 2009), tendo atuado como docente em disciplinas como Química Industrial, Química Geral e Química Analítica.

18 7. Orçamento e Cronograma
Quadro 1 – Materiais de Consumo Reagentes Quantidade Valor (R$) H2SO4 conc. 500 mL 60,00 H2O2 1000 mL 40,00 NaOH 250 g 20,00 FeSO4.7H2O 500,00 Total 620,00

19 7. Orçamento e Cronograma
Quadro 2 – Cronograma de Atividades/Ações propostas para o Projeto Período/ Atividade 2013 04 05 06 07 08 09 10 11 12 1 x 2 3 4 5 6 X 7 8 9 1 - Revisão e atualização da literatura; 2 - Pesquisa e definição dos parâmetros experimentais a serem avaliados no estudo cinético de degradação de amostras padrão de 2,4-D; 3 - Montagem do reator a ser utilizado para a execução dos Sistemas Fenton e Foto-Fenton; 4 - Ensaios prévios de preparo e degradação das amostras de 2,4-D; 5 - Otimização e validação da metodologia analítica pra a determinação da taxa de degradação de 2,4-D utilizando Processos Oxidativos Avançada, via HPLC; 6 - Avaliação da degradação de 2,4-D nas amostras submetidas ao tratamento pelos Sistemas Fenton e Foto-Fenton; 7 - Comparação dos resultados obtidos com os Sistemas Fenton e Foto-Fenton, relacionados à taxa de degradação de 2,4-D; 8 - Análise cinética dos fatores intervenientes na degradação de 2,4-D exposto aos Sistemas Fenton e Foto-Fenton; 9 - Análise e discussão dos resultados; 10 - Participação em eventos e intercambio de experiências; 11 - Elaboração de relatórios e artigos científicos

20 8. Referências Bibliográficas
BOLTON, J. R.; BIRCHER, K. G.; TUMAS, W.; TOLMAN, C. A. Figures-of-merit for the technical development and application of advanced oxidation process. Journal of Advanced Oxidation Technologies, 02 nov., 1995. CHIRON, S. et al. Pesticide Chemical Oxidation: State-of-the-Art. Water Research, n. 34, p. 30, 2000. KIM, S. M.; GEISSEN, S. U.; VOGELPOHL, A. Landfill leachate treatment by a photoassisted fenton reaction. Wat. Sci. Tech., 35, 4, p , 1997. LÊ PAUDER, D. Agroquímica: adubos e produtos sanitários. Contato, v. 28, n. 6, p , 1994.

21 8. Referências Bibliográficas
LUCHINI, L. C. Degradação do inseticida paration em diversas matrizes ambientais por meio da radiação ionizante gama do cobalto-60. Tese (Doutorado) – Instituto de Química de São Carlos, 1995. MENEZES, C. T.; HELLER, L. Proposta de metodologia para priorização de sistemas de abastecimento de água para a vigilância da presença de agrotóxico. Anais de Evento: 23° Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2005. MOTA, A. L. N. Desenvolvimento de um reator fotoquímico aplicável no tratamento de efluentes fenólicos presentes na indústria do petróleo. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – UFRN, 2005. MUSKZAT, L.; BIR, L.; FEIGELSON, L. Solar photocatalytic mineralization of pesticides in polluted waters. J. Photochem. Photobiol. A: Chem, vol. 87, p , 1995.

22 8. Referências Bibliográficas
SANTOS, J. S. Remediação de solos contaminados com agrotóxicos pelo tratamento com radiação gama. Dissertação (Mestrado em Ciências) – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo, 2009. TIBURTIUS, E. R. L.; PERALTA-ZAMORA, P. P.; EMMEL, A.; LEAL, E. S. Degradação de BTXs via Processos Oxidativos Avançados. Química Nova, vol. 28, n. 1, p , 2005.

23 Sistema Fenton Para o tratamento do herbicida 2,4-D utilizando o Sistema Fenton, será utilizado um reator de vidro comum, com capacidade de 1000 mL, sobre uma chapa aquecedora com agitador magnético e controlador de pH.

24 Sistema Foto-Fenton Para o Sistema Foto-Fenton, será utilizado o mesmo reator, sendo ainda mergulhada uma lâmpada de mercúrio devidamente adaptada para irradiação UV do sistema.

25 2,4-Diclorofenoxiacético
Primeiro composto orgânico sintetizado pela indústria a ser utilizado como herbicida seletivo; Membro dos herbicidas derivados do ácido fenoxiacético, possuindo um grupo polar carboxílico e uma molécula de fenil lipofílica. O 2,4-Diclorofenoxiacético, mais conhecido como 2,4-D, foi o primeiro composto orgânico sintetizado pela indústria a ser utilizado como herbicida seletivo (LOUREIRO, 2012). Consiste num membro dos herbicidas derivados do ácido fenoxiacético, possuindo um grupo polar carboxílico e uma molécula de fenil lipofílica (LOUREIRO, 2012). O grupo carboxílico presente na molécula do 2,4-D pode interagir tanto com grupos presentes na superfície da matéria orgânica em solo, como também com argilas negativamente carregadas através de pontes de íons metálicos, assim como pode ser particionado em matéria orgânica por meio de interações lipofílicas (AYAR et al., 2008).

26 2,4-Diclorofenoxiacético
Figura 1 – Fórmula estrutural do herbicida 2,4-D