Photocatalytic degradation of an organophosphorus pesticide from agricultural waste by immobilized TiO2 under solar radiation

Marcia Regina Assalin; Vera Lucia Ferracini; Sonia Claudia Nascimento Queiroz; Cláudio Martin Jonsson; Zaira Clemente; Simone Raquel Caldeira Moreira da Silva

Marcia Regina Assalin Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes
Vera Lucia Ferracini Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes
Sonia Claudia Nascimento Queiroz Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes
Cláudio Martin Jonsson Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes
Zaira Clemente Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, SP, Brasil Instituto de Biologia
Simone Raquel Caldeira Moreira da Silva Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Mato Grosso (IFMT), Cuiabá, MT, Brazil.

Keywords: methyl parathion, solar photocatalysis, toxicity.

Abstract

This paper describes solar heterogeneous photocatalysis using immobilized TiO₂ applied in the treatment of agricultural waste resulting from the application of commercial formulations of methyl parathion. The disappearance of the insecticide, as well as the formation of its metabolite, was monitored by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), while mineralization efficiency was monitored by measurements of total organic carbon (TOC). Toxicity studies were performed using the microcrustacean Artemia salina. The TOC removal efficiency by photocatalytic process was 48.5%. After 45 minutes of treatment, the removal efficiency of methyl parathion was 90%, being completely mineralized at the end of treatment. The formation and removal of the metabolite methyl paraoxon was observed during the photocatalytic process. The photocatalytic treatment resulted in increased microcrustacean mobility, indicating a reduction of acute toxicity.

Author Biographies

Marcia Regina Assalin, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes

Possui graduação em Bacharelado em Química, mestrado (strictu sensu) em Saneamento e Meio Ambiente e Doutorado em Ciências pela Universidade Estadual de Campinas. Os trabalhos desenvolvidos enfocam principalmente a desinfecção de águas de abastecimeno (por meio de processos oxidativos avançados) tratamento de efluentes industriais por meio de processos químicos e biológicos de forma combinada e isolada. Atualmente é Analista A - Embrapa Meio Ambiente, Centro Nacional de Pesquisa da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento do Governo Brasileiro, cujos trabalhos estão relacionados com desenvolvimento, otimização e validação de metodologias analíticas (cromatografia gasosa, cromatografia líquida, espectrometria de massas) aplicadas à determinação de diferentes compostos de interesse ambiental e alimentos em nível de traços.Trabalhos são também desenvolvidos na área de degradação de compostos contaminantes em água e solo por meio de processos oxidativos avançados.

Vera Lucia Ferracini, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes

Possui graduação em Bacharel Em Química pela Universidade de Brasília (1975), mestrado em Química Analítica pela Universidade de Brasília (1978) e doutorado em Química Orgânica pela Universidade Estadual de Campinas (1995). Pesquisadora da Embrapa Meio Ambiente é tem experiência na área de Química, com ênfase em Análise de Traços e Química Ambiental, atuando principalmente em análises de resíduos de agrotóxicos e contaminantes utilizando cromatografia líquida de alta eficiência acoplada a detector de massas (LC-MS/MS) e cromatografia gasosa acoplada a detector de massas (GC-MS/MS).

Sonia Claudia Nascimento Queiroz, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes

Bacharel em Química (1990), Mestrado (1995) e Doutorado (2001) pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Realizou Pós-Doutorado na área de descobrimento de pesticidas naturais a partir de plantas e micro-organismos na Unidade de Pesquisas em Utilização de Produtos Naturais (NPURU) - Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA). É Pesquisadora da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária e desenvolve suas atividades na Embrapa Meio Ambiente. Tem experiência na área de Química com ênfase em Cromatografia Líquida acoplada a Espectrometria de Massas (LC-MS/MS) e Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas (GC-MS/MS), atuando principalmente nos seguintes temas: desenvolvimento e validação de métodos para determinação de resíduos e contaminantes em amostras ambientais e de alimentos, desreplicação de extratos e isolamento de substâncias bioativas de plantas e micro-organismos.

Cláudio Martin Jonsson, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Meio Ambiente, Jaguariuna, SP, Brasil Central Analítica de Resíduos e Contaminantes

possui graduação em Ciências Farmacêuticas pela Pontificia Universidade Católica de Campinas (1984), mestrado em Ciência de Alimentos pela Universidade Estadual de Campinas (1991) e doutorado em Biologia Funcional e Molecular -Bioquímica- pela Universidade Estadual de Campinas (2005). Atualmente é Pesquisador "A" da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Tem experiência na área de Toxicologia Aquática, atuando principalmente nos seguintes temas : agrotóxico, biopesticida, metal pesado, poluente agrícola, toxicidade, bioconcentração, enzima, peixe, microcrustáceo, alga.

Zaira Clemente, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, SP, Brasil Instituto de Biologia

Doutora em Biologia Funcional e Molecular, com ênfase em Bioquímica, pela Universidade Estadual de Campinas (2014). Mestre em Farmacologia, com ênfase em Toxicologia Ambiental, pela Universidade Federal do Paraná (2009). Possui graduação em Medicina Veterinária pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2006). Atuação principalmente nos seguintes temas: ecotoxicologia, biomonitoramento, nanotoxicologia.

Simone Raquel Caldeira Moreira da Silva, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Mato Grosso (IFMT), Cuiabá, MT, Brazil.

Possui graduação em Licenciatura Plena em Biologia pela Universidade Federal de Mato Grosso (1992), mestrado em Saúde e Ambiente pela Universidade Federal de Mato Grosso (2001) e doutorado em Geociências (Geoquímica) pela Universidade Federal Fluminense (2008). Atualmente é professor do INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO. Tem experiência na área de Ecologia, com ênfase em Ecologia, atuando principalmente nos seguintes temas: educação ambiental, aterro sanitário, gestão ambiental, impactos ambientais, poluição e planejamento e gerenciamento de resíduos sólidos.

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