Estudo para remoção de ácido p-arsanílico em águas brutas e potáveis com a subsequente quantificação de as por cvg-mip oes

Abstract

A disseminação do arsênio (As) e os riscos de contaminação por ácido p-arsanílico (p- ASA) em matrizes ambientais e hídricas representam um desafio complexo para saúde pública e o monitoramento ambiental, exigindo tecnologias eficazes de remediação e quantificação a nível traço. Neste contexto, esta tese teve como objetivo desenvolver metodologias para a remoção de p-ASA e quantificação de As total através do uso de materiais avançados e instrumentação de alta sensibilidade, respectivamente. Para avaliação da remoção de p-ASA, o uso da estrutura metalorgânica UiO-66 apresentou elevada eficiência adsortiva (~94%) em ampla faixa de pH, com uma capacidade máxima de adsorção de 542,6 mg g-1. O processo, regido pela cinética de ordem fracionária de Avrami e isotermas de Langmuir, demonstrou-se robusto em águas brutas e potáveis de três ETAs de Porto Alegre (Moinhos de Vento, Menino Deus e São João) coletadas em julho de 2024, mantendo eficiências de remoção entre 86-91%. Paralelamente, o desenvolvimento de uma metodologia analítica por Geração Química de Vapor acoplada à Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma de Micro-ondas (CVG-MIP OES), apresentou elevada sensibilidade para a quantificação de As total. O método empregou soluções reacionais de geração química de vapor de 1,0% (m/v) de NaBH4 e 1,0 mol L-1 de HCl e no comprimento de onda de 228,812 nm. Essa configuração permitiu obter limite de detecção (LD) de 3,396 μg L-1 e coeficiente de determinação de 0,9955, e conformidade com os limites de potabilidade vigentes para As (10 μg L-1). Adicionalmente, a etapa de pré-redução com tioureia (2,0% m/v em HCl 1,0 mol L-1) por 1 hora foi fundamentada para conversão de todo iAs em As(III). Para a garantir a quantificação de As total em matrizes contendo p-ASA, a fotodegradação por irradiação UV-C mostrou-se promissora no preparo de amostra, promovendo a clivagem eficiente das ligações As-C com taxa de conversão para iAs superior a 85% em apenas 15 minutos. A eficiência da metodologia foi validada no contexto de águas naturais e potáveis, mantendo o seu desempenho mesmo na presença de matrizes. Dessa forma, o presente trabalho consolidou uma estratégia de remediação utilizando o UiO-66 como material altamente eficiente e propôs a fotodegradação UV-C como uma metodologia eficaz para a conversão de p-ASA em As inorgânico, viabilizando sua posterior quantificação via CVG-MIP OES.

The dissemination of arsenic (As) and the risks of contamination by p-arsanilic acid (p- ASA) in environmental and water matrices represent a complex challenge for public health and environmental monitoring, requiring effective remediation and trace-level quantification technologies. In this context, the present work developed methodologies for the removal and quantification of p-ASA through the use of advanced materials and high-sensitivity instrumentation, respectively. To evaluate the removal of p-ASA, the use of the metal-organic framework UiO-66 showed high adsorptive efficiency (~94%) across a wide pH range, with a maximum adsorption capacity of 542.6 mg g-1. The process, modeled by Avrami fractional order kinetics and Langmuir isotherms, proved to be robust in raw and treated waters from three water treatment stations in Porto Alegre (Moinhos de Vento, Menino Deus, and São João) collected in July 2024, maintaining removal efficiencies between 86–91%. Furthermore, the development of an analytical methodology using Chemical Vapor Generation coupled with Microwave-Induced Plasma Optical Emission Spectrometry (CVG-MIP OES) exhibited high sensitivity for total As quantification. The method employed chemical vapor generation reaction solutions of 1.0% (w/v) NaBH4 and 1.0 mol L-1 de HCl at a wavelength of 228.812 nm. This configuration allowed for a limit of detection (LOD) of 3,396 μg L-1 and a coefficient of determination of 0.9955, in compliance with current potability limits for As (10 μg L- 1). Additionally, the pre-reduction step with thiourea (2.0% w/v in 1.0 mol L-1 HCl) for 1 hour was established for the conversion of all inorganic arsenic to As(III). To ensure the quantification of total As in matrices containing p-ASA, photodegradation by UV-C irradiation proved promising in sample preparation, promoting the efficient cleavage of As-C bonds with a conversion rate to iAs exceeding 85% in just 15 minutes. The efficiency of the methodology was validated in the context of natural and potable waters, maintaining its performance even in the presence of matrices. Thus, the present work consolidated a remediation strategy using UiO-66 as a highly efficient material and proposed UV-C photodegradation as an effective methodology for the conversion of p- ASA into inorganic As, enabling its subsequent quantification via CVG-MIP OES.