dc.creator | Vieira, Yasmin | |
dc.date.accessioned | 2024-03-05T11:55:06Z | |
dc.date.available | 2024-03-05T11:55:06Z | |
dc.date.issued | 2024-02-22 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31605 | |
dc.description.abstract | A presença crescente de fármacos como poluentes em ecossistemas globais é atribuída ao
aumento do uso dessas substâncias, com as estações de tratamento de água e esgoto
incapazes de removê-las. O interesse de pesquisa se volta para o uso de micro-ondas
(MW) na catálise ambiental, aproveitando seus efeitos térmicos e não térmicos para
reações mais rápidas, sinergia e elevada mineralização. O desafio, no entanto, é
desenvolver materiais versáteis com altas propriedades de absorção de MW, capazes de
gerar hot spots e espécies reativas de oxigênio simultaneamente. Neste trabalho,
começamos investigando amostras de água residual que apontaram valores elevados (mg
L
-1
) de 16 substâncias, indicando um possível descarte direto de fármacos vencidos no
sistema de esgoto urbano. A viabilidade para MW foi testada empregando uma reação
catalisada por Fe0
, alcançando mineralização total de 1212,2 ± 0,2 mg L-1
de carbono
orgânico total (TOC) após 60 minutos. A otimização se deu pela produção de
heteroestruturas de calcopirita (CuFeS2) em materiais carbonáceos, testadas para a
degradação eficiente de diclofenaco (DCF), ibuprofeno (IBP), naproxeno (NPX),
acetaminofeno (ACT) e cetoprofeno (KTP). O primeiro catalisador produzido consistiu
em CuFeS2 suportado em carvão ativado (AC), sendo chamado de ACFS. O catalisador
alcançou mineralização total de IBP, KTP e DCF em 30 minutos sob uma potência de
MW de 598 W, com menos de 2% de lixiviação de Fe e Cu após 10 reutilizações. Os
mecanismos de degradação de IBP, KTP e DCF indicaram que o ACFS foi capaz de
promover rotas catalíticas oxidativas e redutivas, onde fenômenos de superfície entre as
partículas de CuFeS2 e a estrutura do AC contribuíram para a transferência efetiva de
carga e equilíbrio à medida que as espécies •OH foram geradas. Como se sabia então que
os fenômenos de superfície podem impactar significativamente na estabilidade da
heteroestrutura, o segundo catalisador foi desenvolvido usando nanotubos de carbono de
paredes múltiplas (MWCNTs) como suporte, sendo chamado de MWCNT/CPT. Devido
à sua estrutura ordenada, o catalisador MWCNT/CPT foi estável durante 20 reutilizações,
sendo observada uma diminuição de 50% em sua taxa cinética, mas ainda alcançando
mineralização total de ACT e NPX. O MWCNT/CPT apresentou resultados notáveis,
proporcionando mineralização total dos dois compostos estudados após apenas 16
minutos. Novamente, os mecanismos de degradação apontaram uma alta contribuição da
superfície para fenômenos de transferência de carga, sendo observados dois mecanismos
diferentes para degradação molecular e remoção de TOC. Assim, este trabalho fornece
informações valiosas sobre como a superfície de um catalisador pode impactar
significativamente na eficiência catalítica sob irradiação de MW, comprovando que alto
desempenho pode ser alcançado aprimorando-se finamente os parâmetros morfológicos
e sinérgicos. | por |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | MW-assisted catalysis | eng |
dc.subject | Activated carbon | eng |
dc.subject | Multi-walled carbon nanotubes | eng |
dc.subject | CuFeS2 | eng |
dc.subject | Degradation of pharmaceutical substances | eng |
dc.subject | Catálise assistida por micro-ondas | por |
dc.subject | Carvão ativado | por |
dc.subject | Nanotubos de carbono de paredes múltiplas | por |
dc.subject | Degradação de substâncias farmacêuticas | por |
dc.title | Tuning, mechanistic routes and performance amplification of microwave-responsive iron/copper carbonaceous heterostructures in the degradation of pharmaceutical substances | por |
dc.title.alternative | Aprimoramento, rotas mecanísticas e potencialização do desempenho de heterostruturas carbonáceas de ferro/cobre com alta resposta a micro-ondas na degradação de fármacos | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | The occurrence of pharmaceuticals as pollutants of many ecosystems worldwide has
escalated of the years, especially due to increased use of these substances and the fact that
water and wastewater treatment plants were not developed to remove them. In this
context, the use of microwave (MW) as an energy source for environmental catalysis has
gained research interest due to its ability to provide both thermal and non-thermal effects
that result in shorter reaction times, synergistic effects and high mineralization rates. The
challenge, however, is to develop versatile materials with high MW absorption properties,
capable of generating hot spots and reactive oxygen species simultaneously. In this work,
we started by investigating wastewater samples that pointed to high values (mg L-1
) of
16 substances, indicating a possible direct disposal of expired pharmaceuticals into the
urban sewer system. The viability of using MW technology was tested by employing a
reaction catalyzed by Fe0
, achieving total mineralization of 1212.2 ± 0.2 mg L-1
of total
organic carbon (TOC) after 60 min. In order to optimize these results, two
heterostructures were produced by assembling chalcopyrite (CuFeS2) to carbonaceous
structures and intensively tested for the efficient degradation of diclofenac (DCF),
ibuprofen (IBP), naproxen (NPX), acetaminophen (ACT) and ketoprofen (KTP). The first
catalyst produced consisted of CuFeS2 assembled to activated carbon (AC), being named
ACFS. The catalyst reached total mineralization of IBP, KTP and DCF at 30 min under
a MW power of 598 W with less than 2% of Fe and Cu leaching after 10 cyclic reuses.
The degradation mechanisms of IBP, KTP and DCF pointed that ACFS was able to
promote oxidative and reductive catalytic routes, where surface phenomena between the
CuFeS2 particles and the AC structure contributed to effective charge transfer and balance
as •OH species was generated. As it was then known that surface phenomena can heavily
impact on the stability of the heterostructure, the second catalyst was developed using
multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as support, being named MWCNT/CPT. Due
to its ordered structure, MWCNT/CPT catalyst was stable during 20 cyclic reuses, where
a 50% decrease of its kinetic rate was observed but full mineralization of ACT and NPX
was still reached. The MWCNT/CPT presented remarkable results, providing total
mineralization of the two compounds studied after only 16 min. Again, the degradation
mechanisms pointed a high contribution of the surface to charge transfer phenomena,
being observed two different mechanisms for molecular degradation and for TOC
removal. Thus, this work provides valuable information on how the surface of a catalyst
can heavily weigh in the catalytic efficiency under MW irradiation, proving that high
performance can be achieved by the fine tuning between morphological and synergistic
parameters. | por |
dc.contributor.advisor1 | Dotto, Guilherme Luiz | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5412544199323879 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Zanella, Renato | |
dc.contributor.referee1 | Pinto, Luiz Antonio de Almeida | |
dc.contributor.referee2 | Badawi, Michael | |
dc.contributor.referee3 | Köhler, Mateus Henrique | |
dc.contributor.referee4 | Mello, Paola de Azevedo | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/1692657617890917 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Química | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |