Study and optimization of the degradation of the herbicides diuron and hexazinone using advanced oxidation processes (AOP): H2O2/UV and photo-Fenton

Agrotóxicos são frequentemente relatados na literatura em contaminações de ambientes aquáticos, sendo provenientes do lixiviamento de solos, do descarte inadequado de embalagens agrícolas, dentre outros. Nesse contexto, os processos oxidativos avançados (POA) têm sido estudados como alternativa para o tratamento desses compostos em meio aquoso. Os POA consistem na oxidação de compostos orgânicos pela formação de radicais livres com alto poder oxidante. Diante desses aspectos, o presente trabalho teve como proposta o estudo da degradação dos herbicidas hexazinona e diuron, aliada ao planejamento experimental do tipo composto central, a fim de otimizar o processo de degradação. Para tanto, realizaram-se as degradações através dos processos H2O2/UV e foto-Fenton em concentrações iniciais próximas a 7 e 20 mg L-1 para a hexazinona e diuron, respectivamente. Os experimentos foram conduzidos em um reator fotoquímico (200 mL a 25 °C) com aplicação de irradiação UV, proveniente de uma lâmpada de Hg (degradação H2O2/UV) e de luz negra (degradação foto-Fenton). No processo via H2O2/UV foram avaliadas a concentração de H2O2 (0,65 a 13,34 mmol L-1) e pH (2,77 a 11,23), e para o processo foto-Feton avaliou-se a concentração de H2O2 (0,09 a 29,1 mmol L-1) e Fe (II) (0,01 a 0,92 mmol L-1). Como variável independente, utilizou-se a remoção de Carbono Orgânico Total (COT) nos dois casos. A eficiência na degradação dos herbicidas foi determinada através das técnicas de Espectroscopia UV-Vis, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC/UV), remoção de Carbono Orgânico Total e Cromatografia de Íons. A análise dos modelos matemáticos, obtidos a partir dos planejamentos, possibilitou a avaliação da influência das variáveis, determinando as melhores condições. No processo H2O2/UV observou-se que a influência da variável H2O2 é maior comparada ao pH. A melhor condição de degradação apresentou concentrações de H2O2 iguais a 7 mmol L-1 e valores de pH de 2,8. Como resultado, obteve-se 96 % de remoção do COT e a não detecção de ambos os herbicidas após 2 minutos de reação. No processo foto-Fenton, a realização de três planejamentos foi necessária para a otimização do sistema. Primeiro e segundo planejamentos indicaram a melhor condição, enquanto que o terceiro planejamento revelou que concentrações elevadas de H2O2 e Fe2+ não garantem maior eficiência. As condições ideais encontradas foram iguais a 0,291 mmol L-1 para o Fe2+ e 2,91 mmol L-1 para o H2O2, obtendo-se 76 % de remoção do COT e não detecção dos herbicidas nos primeiros minutos de degradação. Em ambas as degradações não foi possível observar diferenças em relação a cinética de degradação para os herbicidas. A degradação via H2O2/UV mostrou melhor desempenho, pois apresentou maior taxa de mineralização além de não necessitar o emprego do íon Fe(II).Pesticides are often reported in the literature on aquatic environments contamination, being a result of soil leaching, improper disposal of agricultural packages, among others. In this context, advanced oxidation processes (AOP) have been studied as an alternative to treat these compounds in aqueous medium. The AOP consist in the oxidation of organic compounds through the formation of free radicals with a high oxidizing power. Considering these aspects, the present work aimed to study degradation of the herbicides diuron and hexazinone, coupled with an experimental setup as central compost, in order to optimize the degradation process. For this purpose, the degradation was carried out by H2O2/UV and photo-Fenton processes at initial concentrations close to 7 and 20 mg L-1 to hexazinone and diuron, respectively. The experiments were conducted in a photochemical reactor (200 mL at 25 ° C) with application of UV irradiation from Hg lamp (H2O2/UV degradation) and black-light (photo-Fenton degradation). In the H2O2/UV process, the concentrations of H2O2 (0.65 to 13.34 mmol L-1) and pH (2.77 to 11.23) were evaluated, and in the photo-Fenton process, the concentrations of H2O2 (0.09 to 29.1 mmol L-1) and Fe (II) (0.01 to 0.92 mmol L-1) were analyzed. In both processes, the removal of Total Organic Carbon (TOC) was used as an independent variable. The efficiency of the herbicide degradation was determined by UV/Vis spectroscopy, high performance liquid chromatography (HPLC/UV), removal of the Total Organic Carbon and ion chromatography. The analysis of the mathematical models obtained from the experimental setup allowed the evaluation of the variables influence ,determining the best conditions. The H2O2/UV process showed that the influence of the H2O2 is higher compared to that of the pH. The best degradation condition presented H2O2 concentrations of 7 mmol L-1 and a pH value of 2.8. As a result, 96% TOC removal was observed, and none of the herbicides were detected after 2 minutes of reaction. In the photo-Fenton process, the conduction of three setups was necessary to confirm the best condition. The first and second setups indicated the best condition, while the third one showed that high concentrations of H2O2 and Fe2+ do not guarantee a greater degradation efficiency. Ideal conditions were equal to 0.291 mmol L-1 for Fe2+ and 2.91 mmol L-1 for H2O2, where 76% of TOC removal was obtained and also no herbicides detection was seen in the early minutes of degradation. In both processes, it was not possible to observe differences in the degradation kinetics of the herbicides. The H2O2/UV degradation showed better performance because of a greater mineralization rate besides not requiring the ion Fe (II) use