Utilize este identificador para referenciar este registo: https://hdl.handle.net/1822/64671

TítuloApplication of carbon nanomaterials in wastewater treatment
Autor(es)Pereira, Juliana Patrícia Rodrigues
Orientador(es)Alves, M. M.
Pereira, Luciana
Palavras-chaveAO10
Ciprofloxacin
Anaerobic biodegradation
Carbon nanomaterials
Ciprofloxacina
Biodegradação anaeróbia
Nanomaterias de carbono
Data2019
Resumo(s)Wastewater pollution is one of the most serious problems worldwide. The rapid industrialization and significant rise in the population leads to the contamination of water resources with different micropollutants such as azo dyes and pharmaceuticals. Current wastewater treatment technologies are not effective in the reduction of these compounds, resulting in the dissemination of them in soils, crops, surface water, groundwater and even in drinking water, leading to negative effects in public health and in aquatic life. Anaerobic treatments have been described for the biodegradation of micropollutants, however, the reactions proceed slowly due to the recalcitrant nature of the compounds, which is a limitation for the application of anaerobic bioprocesses. Therefore, adding to the reaction materials or compounds that act as redox mediator (RM), in order to accelerate the degradation reactions, it is intended to overcome that barrier. Some carbon materials (CM) have been described as good RM for the reduction of different micropollutants. In this work, different carbon nanotubes (CNT) with modified surface chemistry, namely oxidized CNT with HNO3 (CNT_HNO3) and ball milling CNT (CNT_MB_M), as well as magnetic CNT, impregnated with 2% of iron (CNT@2%Fe; CNT@2%Fe_HNO3 and CNT@2%Fe_MB_M), were prepared. The new CM were tested as RM in the biological Acid Orange 10 (AO10) removal with granular sludge (GS) over 29 h of reaction. In addition, commercial CNT were used as RM in ciprofloxacin (CIP) biological removal with GS, along three cycles of 24 h of the addition of the antibiotic, in order to understand the mechanisms of the removal of this pharmaceutical, since in the first two cycles the adsorption of the compound to the CNT and GS difficulted the interpretation. Biologic decolourisation of AO10, after 29h in the presence of CM, shows improvements when compared with the control without CM (removal of 29 ±3 %), thus the materials used act as RM in the biologic reaction. The best CM tested was the CNT_MB_M, leading to 98±1 % of biological AO10 removal at the rate of 2.94±0.18 d-1. Abiotic assays do not present any dye removal. The results obtained with the presence of CM@2%Fe do not showed improvement in the rate of the reaction and do not allows the degradation under abiotic conditions as well, which contradicts the results of a previous study, where iron was shown to also participate in the electron transfer, so improving the rates. The methane production was not affected by the presence of different CM. Biological assay of CIP removal in the presence of CNT (biotic.CNT.CIP), after three cycles, showed 88±4 % of removal of the pharmaceutical. The removal in the abiotic conditions, although much less, show adsorption of CIP on CNT (29±3 %) and in the blank condition without CNT (blank.CIP) was showed 68±6 % removal due to adsorption on GS. The obtained results evidence that the removal of CIP occurs by three mechanisms: adsorption on GS, adsorption on CNT, and CIP biological reduction. However, the effect of CNT as RM on the reduction of CIP was not evident.
A poluição das águas é um dos mais sérios problemas em todo o mundo. A rápida industrialização e o aumento significativo da população levam à contaminação dos recursos de água com diferentes micropoluentes, tais como, corantes azo e fármacos. As atuais tecnologias de tratamento de águas residuais não são efetivas na redução destes compostos, resultando na sua disseminação nos solos, terrenos agrícolas, águas superficiais e subterrâneas e até na água potável, resultando em efeitos negativos para a saúde pública e na vida aquática. Tratamentos anaeróbios têm sido descritos para a biodegradação de micropoluentes, contudo estas reações decorrem lentamente devido à natureza recalcitrante dos compostos, sendo uma limitação para a aplicação dos bioprocessos anaeróbios. Deste modo, é adicionada à reação materiais ou compostos que atuam como mediadores redox (RM), de modo a acelerar a reação de degradação, pretendendo-se ultrapassar esta barreira. Vários materiais de carbono (CM) têm sido descritos como bons RM para a redução de diferentes micropoluentes. Neste trabalho, diferentes nanotubos de carbono (CNT) com modificações na química da superfície, nomeadamente CNT oxidados com HNO3 (CNT_HNO3) e CNT ball milling (CNT_MB_M), bem como CNT magnéticos, impregnados com 2% de ferro (CNT@2%Fe, CNT@2%Fe_HNO3 e CNT@2%Fe_MB_M), foram preparados. Os novos CM foram testados como RM na remoção biológica do Acid Orange 10 (AO10) com biomassa granular (GS) durante 29h de reação. Adicionalmente, CNT comerciais foram utilizados como RM na remoção biológica da ciprofloxacina (CIP) com GS, durante três ciclos de adição do antibiótico, de forma a compreender os mecanismos de remoção deste fármaco, sendo que nos primeiros dois ciclos a adsorção do composto aos CNT e à GS dificultam a interpretação. A descoloração biológica do AO10, após 29h na presença de CM, mostraram melhorias comparativamente ao controlo sem CM (remoção de 29 ±3 %), por isso os materiais usados atuam como RM na reação biológica. Os melhores CM testados foram os CNT_MB_M, levando a 98±1 % de remoção de AO10 à velocidade de 2.94±0.18 d-1. Ensaios abióticos não apresentam qualquer remoção do corante. Os resultados obtidos na presença de CM@2%Fe não apresentaram melhorias na velocidade de reação e também não permitem a degradação em condições abióticas, contradizendo resultados de estudos anteriores, onde foi verificado que o ferro também participa na transferência eletrónica, aumentando as velocidades de reação. A produção de metano não é afetada pela presença de diferentes CM. Ensaios biológicos de remoção da CIP na presença de CNT (biotic.CNT.CIP), após três ciclos, revelaram 88±4 % de remoção do fármaco. A remoção em condições abióticas, apesar de muito menor, mostra a adsorção da CIP aos CNT (29±3 %) e na condição branco sem CNT (blank.CIP) foi apresentada uma remoção de 68±6 % devido à adsorção na GS. Os resultados obtidos evidenciam que a remoção da CIP ocorre por três mecanismos: adsorção à GS, adsorção aos CNT e redução biológica. Contudo, o efeito dos CNT como RM na redução da CIP não é evidente.
TipoDissertação de mestrado
DescriçãoDissertação de mestrado em Biotechnology
URIhttps://hdl.handle.net/1822/64671
AcessoAcesso aberto
Aparece nas coleções:BUM - Dissertações de Mestrado
CEB - Dissertações de Mestrado / MSc Dissertations

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