Degradação eletroquímica de pesticidas organofosforados utilizando eletrodos de diamante dopado com boro e estudo de materiais à base de grafeno para aplicação na reação de redução de oxigênio

Abstract

Neste trabalho realizou-se o estudo eletroanalítico e eletroquímico dos pesticidas metil paration (MP) e Fention (FEN), utilizando-se eletrodos de diamante dopado com boro (BDD - do inglês boron doped-diamond). E também foi estudado materiais a base de grafeno e de grafeno modificado com cério para aplicação na reação de redução de oxigênio. Para o MP além da determinação em água naturais e da remoção eletroquímica, realizou-se o estudo do mecanismo de formação do nitro ânion radical que teve sua hipótese proposta corroborada por cálculos computacionais. E para o FEN foram realizados estudos eletroanalíticos e também estudos de remoção eletroquímica. No estudo do comportamento dos pesticidas FEN e MP utilizaram-se as técnicas de voltametria cíclica e de onda quadrada (SWV - do inglês square wave voltammetry). E a determinação eletroanalítica de ambos pesticidas foi realizada em águas coletadas na represa Billings em Diadema – SP. Posteriormente, foram realizados estudos utilizando eletrólises exaustivas a potencial controlado para o FEN e MP, empregando-se um planejamento fatorial para obtenção das melhores condições de análise. Foram utilizadas para acompanhamento da remoção eletroquímica as técnicas de espectrometria de UV-Vis, a voltametria de onda quadrada e o LC-MS (do inglês liquid cromathography with mass detector). Na remoção eletroquímica foi possível notar a diminuição da concentração inicial do FEN em meio tamponado 65,0% e em águas naturais de 74,6%. E para o MP e observou-se o decaimento da concentração inicial de 40,0% em tampão e 34,0% em águas naturais. Estudou-se também a síntese e caracterização do grafeno e do grafeno reduzido termicamente, bem como a caracterização física e eletroquímica destes. Os experimentos de eletrogeração de peróxido de hidrogênio em solução para o grafeno sintetizado proporcionaram uma produção de 74,0% de H₂O₂ em solução, evidenciando que o grafeno sintetizado pode ser empregado como cátodo para eletrogeração de peróxido em solução. Foi realizada ainda a síntese e caracterização de nanoestruturas de cério, e modificação do grafeno comercial com 4% de nanoestruturas de cério, onde foi possível observar um aumento na eletrogeração de peróxido para o material modificado.

In this work, the electrochemical and electroanalytical study of the pesticides Methyl parathion (MP) and Fention (FEN) was carried out, using boron doped diamond (BDD) electrodes. Materials based on graphene and graphene modified with cerium were also studied for application in the oxygen reduction reaction. For the MP, the electrochemical study included, in addition to the determination in natural water and the electrochemical removal, the mechanism of the radical nitro anion, wich had its proposed hypothesis supported by computational calculations. And for the FEN, electroanalytical studies and electrochemical removal studies were carried out. The behavior of FEN and MP pesticides was studied using cyclic an square wave voltammetry (SWV) techniques. And the electrochemical determination was carried out in water collected at the Billings dam, in Diadema – SP. Subsequently, studies were carried out using exhaustive electrolysis at controlled potential for FEN and MP, using factorial design to obtain the best analysis conditions. UV-Vis spectrometry, square wave voltammetry, and LC-MS (liquid chromatography with mass detector) were used to monitor the electrochemical removal. In the electrochemical removal, it was possible to notice a decrease in the initial concentration of FEN in buffered medium and in natural waters of 65.0% and 74.6%, respectively. And for the MP, a decay of the initial concentration of 40.0% in buffer and 34.0% in natural waters was observed. The synthesis and characterization of graphene and thermally reduced graphene was also studied, as well as their physical and electrochemical characterization. The hydrogen peroxide electro generation experiments in solution for the synthesized graphene provided a production of 74.0% of H2O2 in solution, showing that the synthesized graphene can be used as a cathode for the electro generation of peroxide in solution. It was also performed the synthesis and characterization of cerium nanostructures, and modification of commercial graphene with 4% cerium nanostructures, where it was possible to observe an increase in the peroxide electro generation for the modified material.