Fotocatálise com óxidos metálicos semicondutores na degradação de fármacos e pesticidas em água

Palavras-chave: compostos farmacêuticos,pharmaceutical compounds,pesticidas,pesticides

A poluição ambiental é um sério problema enfrentado atualmente. Os poluentes mais comuns incluem compostos tóxicos alifáticos e aromáticos, sendo alguns derivados de fármacos, corantes, detergentes, surfactantes, resíduos agrícolas como inseticidas, pesticidas e herbicidas, compostos inorgânicos como metais pesados, gases nocivos como NOx, SOx, e agentes patogénicos como bactérias, vírus e fungos. Existem leis e regulamentos ambientais em relação a certos poluentes e daí o interesse em desenvolver processos limpos e sustentáveis de forma a degradar esses poluentes para evitar a sua acumulação na atmosfera e na água. A escassez de água e a poluição da hidrosfera, são duas grandes preocupações ambientais que levam a comunidade científica a desenvolver métodos de tratamento avançados (AOP’s) nomeadamente a fotocatálise. A fotocatálise refere-se à degradação com luz (oxidação/redução) provocada pela ativação de um catalisador, normalmente um óxido semicondutor, através da radiação ultravioleta (UV) ou visível (vis) de um modo catalítico. Os pesticidas e os fármacos são poluentes encontrados atualmente nos vários tipos de águas e requerem elevada atenção. Fez-se uma revisão da literatura dos fármacos mais importantes existentes nas águas a nível nacional e internacional, assim como de alguns pesticidas. Semicondutores de dióxido de titânio sintetizados por vários métodos e dopados são objeto de estudo desta tese para aplicações como fotocatalisadores heterogéneos na degradação de uma variedade de compostos orgânicos, tendo em vista a diminuição da band gap e a utilização da luz solar. Um dos inconvenientes da fotocatálise com TiO2 em pó é o tamanho de partícula do dióxido de titânio ser muito pequeno formando suspensões coloidais e o facto de a sua remoção das soluções e reutilização ser muito dispendiosa, logo uma forma para tentar minimizar estes problemas foi a utilização de filmes apresentada nesta tese. Neste trabalho foram estudados os efeitos dos vários parâmetros como: a quantidade de catalisador, o pH e a concentração do poluente a fim de otimizar estes parâmetros de forma a obter uma maior eficiência na degradação dos poluentes a estudar. Os estudos iniciais envolveram o desenvolvimento dos fotocatalisadores, óxidos de metal, pelo método sol-gel, preparação de filmes e a caracterização por SEM, XRD, espectroscopia UV/vis de refletância difusa e método BET. Posteriormente, estes fotocatalisadores foram utilizados em estudos de fotodegradação oxidativos dos poluentes alvo, em soluções aquosas, feita a identificação de fotoprodutos e intermediários, estudo cinético, determinação dos mecanismos de reação, eficiência de remoção e mineralização. Os poluentes estudados incluem fármacos anti-inflamatórios (ibuprofeno, naproxeno e paracetamol), o ansiolítico alprazolam, o antibiótico da classe das quinolonas, a ciprofloxacina, e o pesticida bentazona. Os produtos foram identificados por técnicas cromatográficas e espectroscópicas, tais como GC, LC, HPLC acoplados a espectrómetros de rede de díodos (DAD) e espectrometria de massas. A mineralização foi avaliada pela determinação de carbono orgânico total usando a técnica associada à espetroscopia de infravermelho. Baseado nos resultados podemos obter algumas conclusões mecanísticas e métodos de modo a mitigar estes poluentes das águas. Foi identificado que a descarboxilação oxidativa é um mecanismo importante no caso dos compostos que têm um grupo ácido carboxílico alifático.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais