Degradação fotocatalítica e avaliação da fitotoxicidade de diclofenaco e paracetamol usando g-C3N4/Nb2O5 esfoliado sob luz solar
DOI:
https://doi.org/10.5902/2179460X89084Palavras-chave:
Nitreto de carbono grafítico, Fármacos, Processos oxidativos avançadosResumo
Este estudo avaliou a eficácia do processo de fotodegradação sob irradiação de luz solar artificial para dois compostos farmacêuticos, paracetamol e diclofenaco, utilizando fotocatalisadores à base de g-C3N4, além de investigar o potencial fitotóxico (Lactuca sativa e Cucumis sativus) dos produtos gerados. Quatro fotocatalisadores foram avaliados (g-C3N4, g-C3N4/Nb2O5, g-C3N4-esfoliado e g-C3N4/Nb2O5-esfoliado). Para as sementes de pepino, a fotólise foi suficiente para manter uma fitotoxicidade adequada, garantindo Índices de Germinação acima de 80% para ambos os fármacos. Por outro lado, para as sementes de alface, a fotólise não apresentou o mesmo desempenho, destacando a necessidade da fotocatálise heterogênea. Em relação à degradação, a taxa média de degradação dos quatro fotocatalisadores foi maior (71,5%) para o diclofenaco, sendo 3,3 vezes maior que a do paracetamol. Comparando com o g-C3N4 na forma bulk, o fotocatalisador g-C3N4/Nb2O5-esfoliado apresentou valores de cinética de degradação 1,5 e 13,8 vezes maiores para diclofenaco e paracetamol, respectivamente. Os resultados também indicam que a etapa de esfoliação e a incorporação de nióbio aumentam os valores de áreas superficial, que variaram de 11 a 61 m2/g.
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Referências
Abega, A. V., Marchal, C., Dziurla, M.-A., Dantio, N. C. B., & Robert, D. (2023). Easy three steps gC3N4 exfoliation for excellent photocatalytic activity – An in-depth comparison with conventional approaches. Materials Chemistry and Physics, 304, 127803. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.127803
Batista, J. A. F. P., C.M., Mendes, J., Silva, M.C.G.S; Escobar, C.C. (2023). Fotocatalsiadores à base de g-C3N4 na degradação de compostos farmacêuticos. In ATENA (Ed.), Soluções inovadoras em engenharia sanitária e ambiental.
Bhoyar, T., Vidyasagar, D., & Umare, S. S. (2023). Mitigating phytotoxicity of tetracycline by metal-free 8-hydroxyquinoline functionalized carbon nitride photocatalyst. Journal of Environmental Sciences, 125, 37-46. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.10.032
Borges, R. S., Jesus, A. C. S. P. S., Cardoso, L. F., Neri, C. L., Morais, R. B., Barros, V. A., & Silva, A. B. F. d. (2018). Avanços químicos no planejamento e desenvolvimento de derivados do paracetamol. Química Nova, 41.
Carvalho, K. T. G., Nogueira, A. E., Lopes, O. F., Byzynski, G., & Ribeiro, C. (2017). Synthesis of g-C3N4/Nb2O5 heterostructures and their application in the removal of organic pollutants under visible and ultraviolet irradiation. Ceramics International, 43(4), 3521-3530. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.11.063
da Silva, G. T. S. T., Carvalho, K. T. G., Lopes, O. F., & Ribeiro, C. (2017). g-C3N4/Nb2O5 heterostructures tailored by sonochemical synthesis: Enhanced photocatalytic performance in oxidation of emerging pollutants driven by visible radiation. Applied Catalysis B: Environmental, 216, 70-79. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.05.038
Friedmann, D. (2022). A General Overview of Heterogeneous Photocatalysis as a Remediation Technology for Wastewaters Containing Pharmaceutical Compounds. Water, 14(21), 3588. https://www.mdpi.com/2073-4441/14/21/3588
Hassan, F., Backer, S. N., Almanassra, I. W., Ali Atieh, M., Elbahri, M., & Shanableh, A. (2024). Solarmatched S-scheme ZnO/g-C (3)N(4) for visible light-driven paracetamol degradation. Sci Rep, 14(1), 12220. https://doi.org/10.1038/s41598-024-60306-0
Hernández-Uresti, D. B., Vázquez, A., Sanchez-Martinez, D., & Obregón, S. (2016). Performance of the polymeric g-C3N4 photocatalyst through the degradation of pharmaceutical pollutants under UV–vis irradiation. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 324, 47-52. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.01.031
Hong, Y., Li, C., Zhang, G., Meng, Y., Yin, B., Zhao, Y., & Shi, W. (2016). Efficient and stable Nb2O5 modified g-C3N4 photocatalyst for removal of antibiotic pollutant. Chemical Engineering Journal, 299, 74-84. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.04.092
Ines, M., Paolo, P., Roberto, F., & Mohamed, S. (2019). Experimental studies on the effect of using phase change material in a salinity-gradient solar pond under a solar simulator. Solar Energy, 186, 335-346. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.05.011
Jiang, H., Li, Y., Wang, D., Hong, X., & Liang, B. (2020). Recent Advances in Heteroatom Doped Graphitic Carbon Nitride (g-C3N4) and g-C3N4/Metal Oxide Composite Photocatalysts. Current Organic Chemistry, 24, 673-693. https://doi.org/10.2174/1385272824666200309151648
Jiang, X., Li, J., Fang, J., Gao, L., Cai, W., Li, X., Xu, A., & Ruan, X. (2017). The photocatalytic performance of g-C3N4 from melamine hydrochloride for dyes degradation with peroxymonosulfate. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 336, 54-62. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2016.12.018
Jiménez-Salcedo, M., Monge, M., & Tena, M. T. (2021). The photocatalytic degradation of sodium diclofenac in different water matrices using g-C3N4 nanosheets: A study of the intermediate by-products and mechanism. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(5), 105827. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105827
Jiménez-Salcedo, M., Monge, M., & Tena, M. T. (2022). An organometallic approach for the preparation of Au–TiO2 and Au-g-C3N4 nanohybrids: improving the depletion of paracetamol under visible light. Photochemical & Photobiological Sciences, 21(3), 337-347. https://doi.org/10.1007/s43630-022-00172-9
Karimi, P., Sadani, M., Azarpira, H., Rasolevandi, T., & Sarafraz, M. (2022). Comparative study of energy consumption, kinetic, and performance between conventional and baffled photocatalytic reactor (BPCR) to ofloxacin photo-degradation. Environmental Science and Pollution Research, 29(43), 64914-64923. https://doi.org/10.1007/s11356-022-20066-8
Lara-Pérez, C., Leyva, E., Zermeño, B., Osorio, I., Montalvo, C., & Moctezuma, E. (2020). Photocatalytic degradation of diclofenac sodium salt: adsorption and reaction kinetic studies. Environmental Earth Sciences, 79(11), 277. https://doi.org/10.1007/s12665-020-09017-z
Liu, R., Chen, Z., Yao, Y., Li, Y., Cheema, W. A., Wang, D., & Zhu, S. (2020). Recent advancements in g-C3N4-based photocatalysts for photocatalytic CO2 reduction: a mini review [10.1039/D0RA05779G]. RSC Advances, 10(49), 29408-29418. https://doi.org/10.1039/D0RA05779G
Liu, W., Li, Y., Liu, F., Jiang, W., Zhang, D., & Liang, J. (2019). Visible-light-driven photocatalytic degradation of diclofenac by carbon quantum dots modified porous g-C3N4: Mechanisms, degradation pathway and DFT calculation. Water Research, 151, 8-19. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.11.084
Mathew, S., Ganguly, P., Kumaravel, V., Bartlett, J., & Pillai, S. C. (2020). Chapter 4 - Solar lightinduced photocatalytic degradation of pharmaceuticals in wastewater treatment. In P. Singh, A. Borthakur, P. K. Mishra, & D. Tiwary (Eds.), Nano-Materials as Photocatalysts for Degradation of Environmental Pollutants (pp. 65-78). Elsevier. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818598-8.00004-3
Mohan, H., Muthukumar Sathya, P., Vadivel, S., Ha, G. H., Oh, H. S., Kim, G., Seralathan, K.-K., & Shin, T. (2022). Highly efficient visible light photocatalysis of Nix Zn1-x Fe2O4 (x= 0, 0.3, 0.7) nanoparticles: Diclofenac degradation mechanism and eco-toxicity. Chemosphere, 301, 134699. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134699
Montalvo-Herrera, T., Vallejo-Márquez, J. C., Hernández-Uresti, D. B., & Sánchez-Martínez, D. (2022). Enhanced visible light photoactivity of polymeric g-C3N4 by twice exfoliation in the degradation of acetaminophen and ibuprofen. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 33(20), 16210-16218. https://doi.org/10.1007/s10854-022-08515-z
Moreira, N. F. F., Sampaio, M. J., Ribeiro, A. R., Silva, C. G., Faria, J. L., & Silva, A. M. T. (2019). Metal-free g-C3N4 photocatalysis of organic micropollutants in urban wastewater under visible light. Applied Catalysis B: Environmental, 248, 184-192. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.02.001
Moreno, Y. P., de Escobar, C. C., Skovroinski, E., Weibel, D. E., & dos Santos, J. H. Z. (2022). TiO2/ SiO2 dopant-free nanophotocatalysts for highly efficient photocatalytic water splitting: Challenging traditional TiO2-based systems. Journal of Molecular Structure, 1269, 133792. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.133792
Muelas-Ramos, V., Sampaio, M. J., Silva, C. G., Bedia, J., Rodriguez, J. J., Faria, J. L., & Belver, C. (2021). Degradation of diclofenac in water under LED irradiation using combined g-C3N4/ NH2-MIL-125 photocatalysts. Journal of Hazardous Materials, 416, 126199. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126199
Murgolo, S., Moreira, I. S., Piccirillo, C., Castro, P. M. L., Ventrella, G., Cocozza, C., & Mascolo, G. (2018). Photocatalytic Degradation of Diclofenac by Hydroxyapatite–TiO2 Composite Material: Identification of Transformation Products and Assessment of Toxicity. Materials, 11(9), 1779. https://www.mdpi.com/1996-1944/11/9/1779
Osram, S. M. (2016). More than just light. Solutions in ultraviolet light. 100 Years of Innovation Osram
Papamichail, P., Nannou, C., Giannakoudakis, D. A., Bikiaris, N. D., Papoulia, C., Pavlidou, E., Lambropoulou, D., Samanidou, V., & Deliyanni, E. (2023). Maximization of the photocatalytic degradation of diclofenac using polymeric g-C3N4 by tuning the precursor and the synthetic protocol. Catalysis Today, 418, 114075. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114075
Pizzichetti, R., Reynolds, K., Pablos, C., Casado, C., Moore, E., Stanley, S., & Marugán, J. (2023). Removal of diclofenac by UV-B and UV-C light-emitting diodes (LEDs) driven advanced oxidation processes (AOPs): Wavelength dependence, kinetic modelling and energy consumption. Chemical Engineering Journal, 471, 144520. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144520
Puri, M., Gandhi, K., & Kumar, M. S. (2023). Emerging environmental contaminants: A global perspective on policies and regulations. Journal of Environmental Management, 332, 117344. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117344
Ravindran, B., Kumari, S. K., Stenstrom, T. A., & Bux, F. (2016). Evaluation of phytotoxicity effect on selected crops using treated and untreated wastewater from different configurative domestic wastewater plants. Environ Technol, 37(14), 1782-1789. https://doi.org/10.1080/09593330.2015.1132776
Sigcha-Pallo, C., Peralta-Hernández, J. M., Alulema-Pullupaxi, P., Carrera, P., Fernández, L., Pozo, P., & Espinoza-Montero, P. J. (2022). Photoelectrocatalytic degradation of diclofenac with a boron-doped diamond electrode modified with titanium dioxide as a photoanode. Environmental Research, 212, 113362. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113362
Smýkalová, A., Sokolová, B., Foniok, K., Matějka, V., & Praus, P. (2019). Photocatalytic Degradation of Selected Pharmaceuticals Using g-C (3)N(4) and TiO(2) Nanomaterials. Nanomaterials (Basel), 9(9). https://doi.org/10.3390/nano9091194
Torres-Pinto, A., Díez, A. M., Silva, C. G., Faria, J. L., Sanromán, M. Á., Silva, A. M. T., & Pazos, M. (2023). Photoelectrocatalytic degradation of pharmaceuticals promoted by a metal-free g‑C3N4 catalyst. Chemical Engineering Journal, 476, 146761. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146761
Wang, H., Li, X., Zhao, X., Li, C., Song, X., Zhang, P., Huo, P., & Li, X. (2022). A review on heterogeneous photocatalysis for environmental remediation: From semiconductors to modification strategies. Chinese Journal of Catalysis, 43(2), 178-214. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1872-2067(21)63910-4
Zhang, M., Yang, Y., An, X., Zhao, J., Bao, Y., & Hou, L.-a. (2022). Exfoliation method matters: The microstructure-dependent photoactivity of g-C3N4 nanosheets for water purification. Journal of Hazardous Materials, 424, 127424. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127424
Zheng, Q., Durkin, D. P., Elenewski, J. E., Sun, Y., Banek, N. A., Hua, L., Chen, H., Wagner, M. J., Zhang, W., & Shuai, D. (2016). Visible-Light-Responsive Graphitic Carbon Nitride: Rational Design and Photocatalytic Applications for Water Treatment. Environmental Science & Technology, 50(23), 12938-12948. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b02579
Zhou, S., Di Paolo, C., Wu, X., Shao, Y., Seiler, T.-B., & Hollert, H. (2019). Optimization of screening-level risk assessment and priority selection of emerging pollutants – The case of pharmaceuticals in European surface waters. Environment International, 128, 1-10. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.04.034
Zhu, B., Xia, P., Ho, W., & Yu, J. (2015). Isoelectric point and adsorption activity of porous g-C3N4. Applied Surface Science, 344, 188-195. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.03.086
Zucconi, F. (1981). Evaluating Toxicity of Immature Compost. Biocycle, 22, 54-57.
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