Técnicas de oxidação fotoquímica e eletroquímica aplicadas na degradação do fungicida carbendazim

Abstract

A reiterada detecção do fungicida carbendazim (CBZ) em efluentes e águas naturais tem se tornado um fator de risco à saúde humana e aos serviços ecossistêmicos. O presente estudo analisou o desempenho de técnicas oxidativas fotoquímicas e eletroquímicas na degradação e mineralização do CBZ. Os processos de fotólise direta (FD), fotocatálise heterogênea (FH), fotoeletrooxidação (FEO) e oxidação eletroquímica (OE) foram testados em soluções aquosas contendo CBZ e a influência da radiação UV, densidade de corrente (j) e concentração de eletrólitos de suporte foi avaliada. Os resultados sugerem que CBZ só é degradado por FD quando UV-C254nm é aplicada. Para FH, a degradação de CBZ foi observada tanto quando UV-A365nm quanto UV-C254nm foram utilizados, o que está relacionado às espécies reativas de oxigênio formadas pela atividade fotocatalítica (fóton-EROs). Os processos de FD e FH praticamente não provocaram a mineralização de CBZ, demonstrando sua resistência a processos fotomediados. Para OE, independente da j aplicada, houve maior degradação e mineralização da CBZ do que as observadas quando se utilizou FD e FH. O aumento da concentração do eletrólito suporte (Na2SO4) não afetou os níveis de degradação e mineralização do CBZ. Com relação ao processo FEO, foi obtida uma mineralização de CBZ de 52,2% nas melhores condições de ensaio, sendo a oxidação eletroquímica o principal mecanismo para a mineralização de CBZ, a qual foi promovida pelo efeito adicional de elétron-EROs, fóton-EROs e radiação direta UV-C254nm. Os valores de mineralização, cinética e meia-vida mostram que FEO UV-C254nm com aplicação de 15 mA.cm−2 foi o melhor ajuste para a degradação e mineralização da CBZ. Entretanto, quando considerados os valores de consumo específico de energia para aplicações industriais, o uso de OE com 3 mA.cm−2 e 4 g.L−1 de Na2SO4 torna-se mais atrativo. A avaliação dos subprodutos formados após os tratamentos por OE e FEO UV-C254nm revelou a formação de compostos aromáticos e alifáticos, ácidos carboxílicos de baixo peso molecular e íons inorgânicos nitrogenados devido a degradação da CBZ. Os resultados de fitotoxicidade aguda mostraram que a presença de sulfato de sódio pode ser um fator representativo quanto à toxicidade de amostras tratadas em sistemas eletroquímicos, em especial para Allium cepa.

The repeated detection of the fungicide carbendazim (CBZ) in effluents and natural waters has become a risk factor for human health and ecosystem services. The present study analyzed the performance of photochemical and electrochemical oxidative techniques on the degradation and mineralization of the CBZ. Direct photolysis (FD), heterogeneous photocatalysis (FH), photoelectrooxidation (FEO) and electrochemical oxidation (OE) processes were tested in aqueous solutions containing CBZ and the influence of UV radiation, current density and electrolyte concentration of support was evaluated. The results suggest that FD only degrades CBZ when UV-C254nm is applied. For FH, CBZ degradation was observed both when UV-A365nm and UV-C254nm were used, which is related to reactive oxygen species formed by photocatalytic activity (photon-ROS). Neither FD nor FH were able to mineralize CBZ, demonstrating its resistance to photomediated processes. For EO, regardless of the value of j, there was greater degradation and mineralization of CBZ than those observed when using FD and FH. The increase in the support electrolyte (Na2SO4) concentration did not affect the levels of degradation and mineralization of CBZ. Regarding the FEO process, a CBZ mineralization of 52.2% was performed in the best conditions, being the electrochemical oxidation the main pathway for CBZ mineralization, which was promoted as an additional effect of electron-ROS, photon-ROS and direct UV-C254nm radiation. The mineralization, kinetics and half-life values show that FEO UV-C254nm using 15 mA.cm−2 was the best fit for the degradation and mineralization of CBZ. However, when considering the specific energy consumption values for industrial applications, the use of OE with 3 mA.cm−2 and 4 g.L−1 of Na2SO4 becomes more attractive. The evaluation of the by-products formed after the treatments by OE and FEO UV-C254nm revealed the formation of aromatic and aliphatic compounds, short chain carboxylic acids and inorganic nitrogen ions due to the degradation of CBZ. The acute phytotoxicity results showed that the presence of sodium sulfate may be a representative factor regarding the toxicity of samples treated in electrochemical systems, mainly to Allium cepa.