Caracterização dos Produtos de Fotodegradação da SDZ

Assim como no sistema em batelada, foram realizadas análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS) para caracterização dos produtos formados pela degradação da SDZ, a partir de amostras coletadas no tempo 0 min e após 300 min de irradiação e em presença dos materiais PMONDI no sistema de microrreator operando de modo contínuo.

Um evento que chamou atenção nestes experimentos foi o aparecimento de um segundo pico nos cromatogramas obtidos através das análises HPLC das soluções de SDZ irradiadas em presença dos materiais PMONDI, resultado que não ocorreu no sistema em batelada e nas soluções irradiadas com o fotocatalisador TiO2 P25. A Figura 3.12 mostra os cromatogramas das alíquotas analisadas após 300 min de irradiação. É possível observar um pico proeminente em tR ~ 4,75 min, que corresponde à molécula de SDZ e um segundo pico em tR ~ 2,06 min nas amostras irradiadas com as PMONDI; este pico se mostra irrelevante para a amostra irradiada com TiO2 P25. É importante destacar que este segundo pico apenas começa a aparecer nos cromatogramas das amostras coletadas após acionamento da fonte radiante; portanto, trata-se de um produto gerado fotocataliticamente.

Figura 3.12 Cromatogramas obtidos nas análises de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) da solução aquosa de SDZ (C0,SDZ = 10 mg L-1) após 300 min de irradiação, na presença dos catalisadores

PMONDI-8, PMONDI-16 e TiO2 P25.

À medida que a fotodegradação evolui há aumento da área deste segundo pico. A razão entre as áreas do pico correspondente à SDZ (tR ~ 4,75 min) e do segundo pico (tR ~ 2,06 min), obtidas via HPLC, para cada experimento de fotocatálise com os materiais PMONDI, é mostrada na Figura 3.13. É possível observar que ocorre stabilização na geração deste fotoproduto à medida que há estabilização na fotodegradação da SDZ, ou seja, esses processos são concomitantes.

A Figura 3.13A apresenta a evolução das áreas dos picos correspondentes à SDZ e ao segundo pico utilizando a PMONDI-8. É possível observar que as quantidades geradas do fotoproduto, bem como a degradação de SDZ, se estabilizam concomitantemente após aproximadamente 100 min de irradiação. Na presença do material PMONDI-16 (Figura 3.13B) a estabilização da formação do intermediário (segundo pico) ocorre nos primeiros 25 min aproximadamente. Porém, neste caso a concentração de saída de SDZ não se estabilizou. Um fato que se mostra curioso é que apesar dos materiais PMONDI perderem a atividade fotocatalítica durante os experimentos, a concentração do intermediário fotogerado não sofre a mesma queda.

Figura 3.13 Razão entre a área dos picos de SDZ (tR ~ 4,75 min) ( ) e do segundo pico (tR ~ 2,06 min)

( ) em função do tempo de irradiação nos experimentos fotocatalíticos na presença dos materiais PMONDI-8 (A) e PMONDI-16 (B).

0 50 100 150 200 250 300 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 á re a t (min) B

Nas análises de LC-MS (Figura 3.14) é possível observar que os picos que aparecem são semelhantes para ambos os materiais PMONDI, ou seja, possuem relação massa carga (m/z) análogos; estes picos foram nomeados SDZ, P1, P2 e P3. Contudo, na amostra irradiada com o catalisador PMONDI-16 houve aparecimento de um outro pequeno pico, nomeado por P4 (Figura 3.14). O tempo de retenção e a razão m/z dos produtos, SDZ, P1, P2 e P3 são mostrados na Figura 3.15.

Figura 3.14 Picos e relação massa carga (m/z) obtidos através cromatografia líquida acoplado à espectrometria de massas (LCMS-IT-TOF) para as amostras irradiadas com (A) PMONDI-8 e (B) PMONDI-16 (t = 300 min). 0 50 100 150 200 250 300 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 á re a t (min) A

Figura 3.15 Relação massa/carga (m/z) dos fragmentos correspondentes aos picos obtidos pelas análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas das alíquotas de SDZ após 300 min de fotodegradação catalítica.

É possível notar que a razão m/z e os tempos de retenção dos fragmentos obtidos são análogos aos observados para os sistemas operando em batelada (Figura 2.22 do Capítulo 2). Portanto, pode-se supor que o mecanismo de reações do sistema em microrreator operando em modo contínuo (Figura 3.16) seja semelhante ao apresentado no Capítulo 2 (Figura 2.23).

A SDZ é identificada no tempo de retenção de 6,5 min com m/z característico de 251. O fragmento P1 que aparece em dois tempos no cromatograma, quais sejam tr = 3,2 e 3,7 min, corresponde sub-produto formado pela extrusão de SO2 e rearranjo da molécula de SDZ, conhecido por 4-(2-aminopirimidina-1(2H)-il)-anilina), também identificado no Capítulo 2 (Figura 3.16). O fragmento P2, com m/z igual a 219, é oriundo da oxidação deste sub-produto.

O foto-intermediário P3 é formado através da hidroxilação da molécula de SDZ (Figura 3.16) com m/z de 267 e tr de 5,7 min, sendo identificado somente nas amostras obtidas por irradiação na presença de PMONDI-16.

Foi possível também observar que a ocorrência do segundo pico presente nas análises de HPLC possa sugerir que uma rota de reação seja mais favorecida. Este segundo pico está correlacionado aos picos P1 da espectrometria de massa com tempos de retenção de 3,2 min e 3,7 min, respectivamente, ou seja, a rota de reação favorecida é a formação do foto-intermediário 4-(2-aminopirimidina-1(2H)-il)-anilina).

A formação deste subproduto foi favorecida neste sistema devido à ausência de uma constante oxigenação no vaso de alimentação contendo a solução de SDZ (este vaso era fechado com tampa) e ausência de contato entre a solução de SDZ com o oxigênio do ar no microrreator. Dessa forma, supõe-se que o mecanismo preferencial de degradação de SDZ seja do Tipo I (Figura 2.20, Capítulo 2).

Outro resultado que chamou a atenção foi a ocorrência de pequenos fragmentos com valor de m/z de 205 (evidenciados em caixas vermelhas na Figura 3.15). Este fragmento já foi reportado em alguns estudos (CALZA et al., 2004; JI et al., 2017), e surge através da extrusão de SO2 seguido de rearranjo da molécula de SDZ hidroxilada (P3) (Figura 3.16). Supõe-se que a ocorrência deste fragmento possa ser devido ao favorecimento da rota de mecanismo Tipo I neste sistema.

Figura 3.16 Mecanismo proposto para a fotodegradação catalítica de SDZ no microrreator operando a modo contínuo. N N NH S O O NH3 + SDZ m/z = 251 N N NH S O O NH₃+ OH m/z = 267 extrusão do SO₂ e rearranjo N N NH3 + NH₂ m/z = 187 oxidação N N NH2 N+ O– O m/z = 219 hidroxilação extrusão do SO₂ e rearranjo N N NH2 OH NH₃+ m/z = 205 hidroxilação P1 P2 P3 6. CONCLUSÕES DO CAPÍTULO 3

No presente capítulo foi possível mostrar a eficiência na aplicação das PMONDI em fotocatálise heterogênea para a degradação de SDZ. As PMONDI permitiram degradar aproximadamente 70% deste poluente em um micro reator de fluxo contínuo e empacotado (micro-packed bed reactor). O principal intermediário formado

fotocataliticamente foi 4-(2-aminopirimidina-1(2H)-il)-anilina), originado através do mecanismo de extrusão de SO2 e rearranjo da molécula de SDZ.