ERIC RAMALHO PINTO THAÍS FRAGA GONÇALVES · ERIC RAMALHO PINTO THAÍS FRAGA GONÇALVES ... (PEREIRA, 2011). Os pesticidas são classificados de acordo com a praga que atacam. Por

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS

CAMPUS POÇOS DE CALDAS

ERIC RAMALHO PINTO

THAÍS FRAGA GONÇALVES

DEGRADAÇÃO DA ATRAZINA UTILIZANDO CATALISADORES

HIDRÓXIDO DUPLO LAMELARES

POÇOS DE CALDAS/MG

2014

ERIC RAMALHO PINTO




Trabalho de Conclusão de Curso como

parte dos requisitos exigidos para obtenção

de título de Engenheiro Químico pela

Universidade Federal de Alfenas

(UNIFAL-MG), Orientadora: Profa. Dra.

Tatiana Cristina Mac Leod.

POÇOS DE CALDAS/MG

2014

P659d Pinto, Eric Ramalho.

Degradação da Atrazina utilizando catalisadores hidróxido duplo lamenares .

/ Eric Ramalho Pinto, Thaís Fraga Gonçalves;

Orientação de Tatiana Cristina Mac Leod. Poços de Caldas: 2014.

33 fls.: il.; 30 cm.

Inclui bibliografias: fls. 21-33

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –

Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.

1. Pesticidas. 2. Atrazina. 3. Degradação. I. Gonçalves, Thaís Fraga. II. Mac Leod,

Tatiana Cristina (orient.). III. Universidade Federal de Alfenas - Unifal.IV. Título.

CDD 668.65

ERIC RAMALHO PINTO




A Banca examinadora abaixo assinada

aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

apresentado como parte dos requisitos para

a obtenção do título de Bacharel em

Engenharia Química pela Universidade

Federal de Alfenas.

Aprovada em 26 de novembro de 2014

Profa. Dra. Tatiana Cristina de Oliveira Mac Leod (Orientadora)

Instituição: UNIFAL Assinatura:

Profa. Dra. Tânia Regina Giraldi


Profa. Dra. Cínthia Soares de Castro


AGRADECIMENTOS

À Universidade Federal de Alfenas pela oportunidade oferecida.

À Prof. Drª. Tatiana Cristina Mac Leod, orientadora, pela dedicação, conhecimentos

transmitidos, paciência e confiança depositada para a realização deste trabalho.

À Coordenação do Curso pelo incentivo, ao ministrante do curso Prof. Dr. Marlus

Rolemberg pelo suporte e orientações e demais professores e técnicos pelo auxílio prestado.

Ao Prof. Kamran Mahmudov pela colaboração na preparação dos complexos

azoderivativos -dicetonas.

Aos discentes da universidade, que direta ou indiretamente contribuíram para a

execução do trabalho.

RESUMO

Os pesticidas são utilizados mundialmente como defensivos agrícolas persistentes. Porém,

além de causar danos à saúde e ao meio ambiente, seu constante uso tem resultado no

desenvolvimento de resistência das espécies alvo aos seus princípios ativos. Desta forma, é

válido um estudo aprofundado do mecanismo dessa resistência, para que se possa retardá-la

ou até mesmo desenvolver novos compostos. Nesse ínterim, este trabalho buscou estudar o

pesticida atrazina, bem como seus produtos de degradação, buscando-se degradá-la in vitro de

uma forma mais rápida e eficaz, tendo em vista que este pesticida apresenta uma alta taxa de

contaminação e alta resistência à degradação no meio ambiente. Para tanto, foram sintetizados

catalisadores hidróxidos duplos lamelares (HDL-1 a 3) pela técnica de co-precipitação,

reagindo-se uma solução de ZnCl2 e Al(NO3)3.9H2O em água deionizada e adicionando-se

posteriormente NaOH. Os catalisadores foram úteis para auxiliar nos estudos biomiméticos. A

cromatografia líquida de alta eficiência foi utilizada para analisar a degradação da atrazina,

bem como, para verificar a obtenção dos compostos de degradação oriundos da oxidação

desse pesticida. O catalisador definido como HDL-3 apresentou uma degradação de atrazina

considerável (92%) com formação dos principais produtos de degradação, indicando uma boa

habilidade biomimética. Contrariamente, outro catalisador definido como HDL-1 não foi

capaz de degradar a atrazina. Conclui-se que o catalisador HDL-3 apresenta características

essenciais à degradação que não estão presentes no catalisador HDL-1, dessa forma, faz-se

necessário uma maior elucidação das características de cada catalisador.

Palavras-chaves: Pesticidas. Degradação. Atrazina. Cromatografia líquida de alta eficiência.

Hidróxido duplo lamelar.

ABSTRACT

Pesticides are used worldwide as persistent pesticides. However, besides causing damage to

health and the environment, its constant use has resulted in the development of resistance of

target species to their active ingredients. Thus, it is worth a thorough study of the mechanism

of this resistance, so you can slow it down or even develop new compounds. Meanwhile, this

work studied the pesticide atrazine and its degradation products in an attempt to degrade it in

vitro in a more rapid and effective manner, in order that this pesticide has a high rate of

contamination and high strength to degradation in the environment. Therefore, we synthesized

layered double hydroxides catalysts (HDL-1-3) by the technique of co-precipitation, reacting

one solution of ZnCl2 and Al (NO3)3.9H2O in deionized water and adding NaOH. The

catalysts were useful to assist in biomimetic studies. The high performance liquid

chromatography was used to analyze the degradation of atrazine, as well as to verify obtaining

the compounds arising from oxidation degradation of pesticide. The catalyst defined as HDL-

3 showed a considerable degradation of atrazine (92%) with formation of the main

degradation products, indicating a good ability biomimetic. In contrast, another catalyst

defined as HDL-1 was not able to degrade atrazine. We conclude that HDL-3 catalyst presents

essential characteristics of degradation that are not present in the catalyst HDL-1, thus it is

necessary to further elucidate the characteristics of each catalyst.

Keywords: Pesticides. Degradation. Atrazine. High performance liquid chromatography.

Layered double hydroxide.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 8

2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 10

1.1 Objetivos específicos ........................................................................................ 10

3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................... 11

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 12

4.1. Atrazina ............................................................................................................. 12

4.2. Catalisadores Biomiméticos ............................................................................. 14

4.3. Reatores Batelada ............................................................................................. 15

4.4. Cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) ............................................. 16

5 METODOLOGIA .................................................................................................... 17

5.1. Síntese do catalisador HDL .............................................................................. 18

5.2. Otimização das condições cromatográficas para análise da atrazina e produtos de

degradação .................................................................................................................. 18

5.3. Avaliação da atividade catalítica do HDL na degradação da atrazina .............. 19

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 20

6.1. Síntese dos catalisadores HDL ......................................................................... 20


degradação .................................................................................................................. 21

6.3. Avaliação da atividade catalítica do HDL na degradação da atrazina .............. 26

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 30

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 31

LISTA DE ABREVIATURAS

Nomenclatura e estrutura da atrazina e metabólitos

Abreviações Nomenclatura R1 R2 R3

ATZ 2-Cloro-4-(isopropilamino)-6-(etilamino)-s-triazina (ATRAZINA)

-Cl -CH2CH3 -CH(CH3)2

DEA 2-Cloro-4-(isopropilamino)-6-amino-s-triazina (DESETILATRAZINA)

-Cl -H -CH(CH3)2

DIA 2-Cloro-4-(etilamino)-6-amino-s-triazina (DESISOPROPILATRAZINA)

-Cl -CH2CH3 -H

N

N

N

R1

R2HN NHR3

8

1 INTRODUÇÃO

Para a proteção das culturas, tornou-se comum a utilização dos pesticidas no combate as

pragas naturais. De acordo com a lei brasileira (Lei 7.802/89 e Decretos 98.816/90 e

4.074/2002), "Entende-se por pesticidas as substâncias, ou mistura de substâncias, de natureza

química quando destinadas a prevenir, destruir ou repelir, direta ou indiretamente, qualquer

forma de agente patogênico ou de vida animal ou vegetal, que seja nociva às plantas e animais

úteis, seus produtos e subprodutos e ao homem" (PEREIRA, 2011).

Os pesticidas são classificados de acordo com a praga que atacam. Por exemplo,

algicida combate algas, bactericida, bactérias. O alvo de estudo deste trabalho são os

herbicidas, responsáveis por atacar as plantas.

Embora os pesticidas destruam pragas que prejudicam o homem, podem ser maléficos à

saúde, e ao meio ambiente. Quando os seres humanos são expostos de forma direta aos

pesticidas, podem ocorrer danos ao sistema nervoso, surgimento de doenças

neurodegenerativas, alteração da pressão arterial, diminuição das defesas imunológicas. Já em

relação ao meio ambiente, os pesticidas podem contaminar os animais e lençóis freáticos

(DAMS, 2006).

Alguns complexos metálicos se assemelham aos compostos responsáveis pelo

mecanismo de detoxificação de algumas plantas e tornam-se um excelente modelo

biomimético para estudos de degradação in vitro.

Complexos metálicos que utilizam ligantes bioinspirados contendo grupos carregados

negativamente podem ser imobilizados em suportes catalíticos do tipo hidróxido duplo

lamelar (HDL) através de interações eletrostáticas (CUNHA et al., 2010).

O hidróxido duplo lamelar pode ser utilizado como suporte catalítico heterogêneo e

apresenta uma estrutura organizada bidimensionalmente com poros flexíveis. Estes poros

possuem uma região interlamelar a qual interage com espécies negativas (ânions e moléculas

de água) devido ao caráter positivo apresentado pelas lamelas. Esta interação confere

estabilidade extra às espécies inseridas nos espaços interlamelares ou adsorvidas na superfície

do material, proporcionando a estes características singulares (CUNHA et al., 2010;

CREPALDI; VALIM, 1997).

A grande área superficial específica, boa estabilidade térmica e outras propriedades

apresentadas pelos HDLs lhes conferem diversas aplicações, como: trocador de ânions,

adsorventes, aditivos para polímeros, preparação de eletrodos modificados, síntese de

materiais cerâmicos avançados e, além de serem utilizados também na medicina e na

9

farmacologia, são excelentes catalisadores. Sendo esta última aplicação muito eficiente na

catálise heterogênea, aplicável a inúmeras reações (CREPALDI; VALIM, 1997).

10

2 OBJETIVOS

Visando entender a degradação do pesticida atrazina nas plantas, a obtenção de

conhecimentos aprofundados sobre esse processo utilizando hidróxido duplo lamelar como

catalisador, baseando-se nos estudos biomiméticos, faz-se necessária. Desta forma, o

entendimento e a aplicação de estudos de degradação utilizando catalisadores sintéticos serão

desenvolvidos no presente trabalho.

1.1 Objetivos específicos

Compreender a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência;

Desenvolver métodos cromatográficos;

Otimizar as condições cromatográficas para o método;

Analisar a capacidade biomimética do catalisador empregado;

Avaliar o potencial catalítico do hidróxido duplo lamelar na oxidação da atrazina;

Analisar a reação de oxidação da atrazina e seus produtos de degradação.

11

3 JUSTIFICATIVA

A relevância deste trabalho reside no fato de que os sistemas catalíticos biomiméticos

foram objetos de estudos em processos oxidativos de pesticidas, os quais são mundialmente

utilizados como defensivos agrícolas persistentes. Porém, além dos danos à saúde e ao meio

ambiente, a intensa utilização dos pesticidas tem ocasionado o desenvolvimento de resistência

nas espécies alvo (GOTARDO, 2006).

Deste modo, é válido compreender como os mecanismos de resistência se desenvolvem,

como os agrotóxicos são metabolizados pelos organismos e o potencial de desenvolvimento

de resistência em novas espécies, a fim de aperfeiçoar o manejo das culturas, retardando o

processo e desenvolvendo novos compostos ativos (GOTARDO, 2006).

O pesticida de interesse neste trabalho é a atrazina (2-cloro, 4-etilamino-6-

isopropilamino-1,3,5-triazina, ATZ), um herbicida seletivo responsável pelo controle de ervas

daninhas de folhas largas, utilizado na pré e pós emergência das plantas infestantes

(GOTARDO, 2006).

A atrazina é um pesticida empregado principalmente em culturas de cana-de-açúcar,

sorgo e milho, e é um dos mais utilizados em países produtores de grãos como o Brasil,

Estados Unidos e Argentina. Estas culturas citadas correspondem aproximadamente a 17.106

hectares do território nacional, sendo utilizado nesses cultivos 36,5% no consumo anual de

herbicidas. Nos Estados Unidos são utilizados cerca de 35 milhões de quilos por ano do

agrotóxico, sendo a atrazina o pesticida mais encontrado em águas subterrâneas, águas de

superfície e de chuva do país. Os limites máximos permitidos em águas para consumo

humano são de 3μg/l nos Estados Unidos e 0,5 μg/l na Europa. E o seu tempo de meia vida

pode variar de 2 meses a 6 anos dependendo dos seus metabólitos e das condições do meio

(ÁVILA et al., 2009; ATANOR , 2014).

Pelas características de hidrólise lenta, elevado potencial de escoamento superficial, alta

persistência em solos e pelo alto potencial de lixiviação, a atrazina possui uma alta tendência

de contaminação (CARMO et al., 2013).

As contribuições sociais e econômicas do trabalho consistem nas aplicações no estudo

de metabolismo de pesticidas, para produção de metabólitos que podem ser utilizados para

testes toxicológicos, bem como no preparo de padrões analíticos provenientes da degradação

do pesticida em uma etapa única como alternativa à síntese orgânica, além da geração de

conhecimentos científicos para proposta de mecanismos e rotas de biotransformação dos

pesticidas.

12

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1. Atrazina

A atrazina, 2-cloro-4-(etilamino)-6-(isopropilamino)-s-triazina, é um dos herbicidas

mais utilizados mundialmente, embora seja proibida ou regulamentada em vários países e faz

parte da família de s-triazinas, que agem contra ervas daninhas de folhas largas. Ela apresenta

alta toxicidade, persistência e acúmulo no ambiente, tendo o tempo médio de duração de 20 a

100 dias, dependendo do meio em que foi aplicada. Em alguns animais, age como

desreguladora endócrina, prejudicando os mesmos. No meio ambiente, possui alto potencial

para contaminar a água, devido a características como hidrólise lenta, baixa pressão de vapor,

baixa reatividade, solubilidade baixa a moderada, além de apresentar baixa

biodegradabilidade; não se descartando o risco também de contaminar os solos (COLLA et

al.,2008; COUTINHO et al., 2005; LIMA et al., 2012).

O mecanismo de atuação dos herbicidas é classificado de acordo com o potencial da

espécie alvo de criar resistência. As triazinas são classificadas no grupo C1, cuja característica

é de inibição da Fotossíntese do tipo II, e contém elevado número de biótipos resistentes

(COUTINHO et al., 2005).

Segundo dados da literatura, há estudos utilizando diferentes condições para a

degradação da atrazina que mostram que esse pesticida é de difícil eliminação e é importante

se realizar uma avaliação toxicológica deste composto, bem como dos produtos após a

degradação (GOTARDO, 2006).

A estrutura molecular da atrazina bem como os principais compostos resultantes da

degradação desse pesticida, deisopropilatrazina (DIA) e desetilatrazina (DEA), estão

apresentados na Figura 1.

13

Figura 1 - Degradação da atrazina

Fonte: GOTARDO (2006, p.44).

A estrutura da atrazina corresponde a um anel triazínico substituído com cloro

(compostos organoclorados), etilamina e isopropilamina, o que faz com que ela apresente uma

alta resistência à biodegradação, originando sua proibição ou restrição quanto ao uso

(CETESB, 2014).

Esses compostos são caracterizados pela alta solubilidade em lipídios, estabilidade

química e elevada toxicidade típica de compostos organoclorados, o que lhes conferem uma

alta resistência à degradação abiótica e biótica. E sua estrutura química é composta por

hidrocarbonetos com um ou mais anéis cíclicos saturados ou aromáticos (DUARTE, 2006).

Ghosh e Philip (2004) observaram que a atrazina é melhor decomposta em meio

anaeróbio quando moléculas de carbono e nitrogênio estão presentes. A taxa de degradação

avançada de atrazina foi observada nos meios aeróbios e anaeróbios, nos quais as fontes de

carbono externas foram fornecidas à cultura bacteriana.

Correia e Langenbach (2005) estudaram a degradação da atrazina em solo argiloso

vermelho-amarelo distrófico típico localizado na Universidade Federal Rural do Rio de

Janeiro. Prepararam a 14C-atrazina purificada a 99% com a técnica de cromatografia de

camada delgada (Merk). Os autores constataram que a degradação do pesticida por

mineralização no tipo de solo estudado foi muito baixa, pela presença de mais de 0,25 % de

14CO2 num período superior a 60 dias. Segundo eles, a baixa degradação pode ser devido à

presença de outras fontes de nutrientes, que acarretaram no descarte da atrazina pelos

microoganismos presentes.

Correia e Langenbach (2005) constataram que elevadas taxas de degradação foram

obtidas em experimentos com pequenas amostras de solo com aeração e alto teor de umidade,

o que não representa na maioria das vezes a realidade encontrada na natureza.

14

Pereira (2011) realizou a degradação do pesticida em água e em um efluente secundário,

aplicando a ozonização e UV/H2O2 como agentes de decomposição. Constatou-se que a

ozonização foi eficiente para a degradação da atrazina principalmente em pH básicos,

obtendo-se a completa degradação em 10 minutos. Para o UV/H2O2, o efeito da fotocatálise

promoveu a degradação, sendo que esta foi mais eficiente em pH ácido.

O mecanismo mais importante para a degradação da atrazina em solos envolve o

decaimento microbiano. Essa constatação começou com Wackett que isolou e caracterizou

Pseudomonas sp. para a mineralização do herbicida s-triazina em 1995 (LIN et al., 2008).

4.2.Catalisadores Biomiméticos

O catalisador é uma substância que promove uma rota molecular diferente numa

determinada reação química. Por meio deste mecanismo, a velocidade de uma reação é

alterada sem que haja mudança na composição final do produto desejado após se atingir o

equilíbrio termodinâmico da reação. Diversas vezes a fase ativa de um catalisador pode ser

sustentada num suporte catalítico conferindo vantagens em sua utilização, tais como o

aumento do tempo de vida útil, seletividade, sensibilidade ao envenenamento, entre outras

propriedades do catalisador. (FOGLER, 2006).

Compostos biomiméticos são resultados do estudo da formação, estrutura e função de

substâncias biológicas para que seja possível sintetizar, por meio de mecanismos artificiais,

compostos que imitem os precursores nos processos biológicos e facilite a manipulação e o

entendimento destes (MATOS; ALVES; NASCIMENTO, 2011).

Atualmente, vários estudos têm sido desenvolvidos buscando utilizar catalisadores

biomiméticos das enzimas responsáveis pelo metabolismo no processo de detoxificação dos

herbicidas nas plantas, a fim de aprofundar o conhecimento do mecanismo de ação dessas

enzimas e os seus produtos de degradação (GOTARDO, 2006).

Um material que vem sendo utilizado como suporte catalítico para imobilizar

complexos metálicos e utilizar este produto como modelo biomimético no estudo do processo

metabólico de pesticidas é o hidróxido duplo lamelar (HDL). Também conhecido como

compostos do tipo hidrotalcita ou como argilas aniônicas, os HDL’s apresentam estruturas

bidimensionalmente organizadas e poros flexíveis. Através de interações eletrostáticas, as

espécies inseridas nos espaços interlamelares adquirem estabilidade extra, uma vez que estes

compostos se destacam pela presença de dois cátions metálicos em suas lamelas. Deste modo,

15

esses materiais incorporam espécies negativas e moléculas de água na região interlamelar

neutralizando as cargas positivas das lamelas (CREPALDI; VALIM, 1997; CUNHA et al.,

2010).

Os HDL’s podem ser representados pela seguinte fórmula geral:

[M1−x2+ Mx

3+ (OH)2]x+ A x

m

m n H2O

Onde: M2+ representa um cátion metálico divalente;

M3+ representa um cátion metálico trivalente;

Am representa um ânion intercalado com carga m.

A estrutura cristalina dos HDL´s é coordenada octaedricamente por seis íons hidroxila

(OH)− em cada cátion divalente e os octaedros compartilham as arestas formando camadas

infinitas denominadas lamelas. Os cátions divalentes podem ser substituídos por trivalentes

tornando a lamela carregada positivamente e, desta forma para conservar a eletroneutralidade

do sistema, ânions são localizados entre as lamelas juntamente com moléculas de água,

conforme ilustra a Figura 2 (CARDOSO, 2006; CUNHA et al., 2010).

Figura 2 - Representação esquemática da forma estrutural dos HDL’s

Fonte: CARDOSO (2006, p. 18).

4.3. Reatores Batelada

O reator batelada é utilizado em pequenas escalas de produção para testar novos

processos que se encontram em desenvolvimento, para a produção de produtos de alto valor

agregado e em processos nos quais a conversão em operação contínua é complexa. Este tipo

de reator apresenta como vantagem, alta conversão dos reagentes em produtos quando é

operado por longos períodos de tempo, dessa forma, dentre suas desvantagens estão os

elevados custos de mão de obra por batelada devido ao tempo gasto com alimentação,

16

esvaziamento e limpeza. Além disso, há variabilidade da qualidade dos produtos entre uma

operação e outra e dificuldade de produção em larga escala (FOGLER, 2006).

A Figura 3 exemplifica de maneira sucinta o arranjo de um reator do tipo batelada.

Figura 3 - Esquema de um reator em batelada

Este tipo de reator com agitação mecânica não admite entrada e nem saída de reagentes

e produtos durante o processamento da reação. Desta forma, produtos e reagentes são

alocados e retirados em uma única vez a cada processo. E a concentração destes e suas

respectivas temperaturas não variam de acordo com suas posições dentro do reator, apenas

com o tempo (FOGLER, 2006).

4.4. Cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE)

A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) foi utilizada neste estudo com o

intuito de separar, identificar e quantificar os constituintes da degradação da atrazina. O

funcionamento é dado pela dissolução de uma amostra em um solvente que é bombeado

continuamente e passa através de uma coluna cromatográfica.

Frequentemente, as colunas cromatográficas são constituídas por aço inoxidável em

formas tubulares com diâmetro interno de 2 a 5 mm, apresentando comprimento entre

10 e 30 cm equipadas com 40.000 a 60.000 pratos por metro. Já os recheios da coluna são

formados por partículas entre 3 e 10 μm. No entanto, microcolunas têm sido produzidas com

reduzido diâmetro interno contendo cerca de 100.000 pratos por metro, apresentando

vantagens como economia de solventes e aumento na velocidade da análise. Esta técnica

analítica utiliza pressões elevadas o que permite uma redução no diâmetro das partículas

contidas na coluna proporcionando a estas uma área superficial muito maior de adsorção e

consequentemente, a separação mais eficiente dos componentes de uma amostra.

(SKOOG et al., 2006).

A cromatografia líquida pode ser chamada normal quando as análises feitas por meio

dela são baseadas em fases estacionárias altamente polares e solventes apolares. Contudo,

17

quando a cromatografia líquida é referida como de fase reversa, ela transcorre com uma fase

estacionária apolar e com uma fase móvel composta por um solvente polar (SKOOG et al.,

2006).

As substâncias a serem analisadas se distribuem entre o solvente e a coluna de acordo

com suas afinidades e, assim vão se movendo dentro desta fase estacionária conforme o fluxo

de solvente é passado (FIGURA 4).

Ao final da coluna, as substâncias são registradas por um detector. Os detectores mais

empregados são fundamentados na absorção UV-Vis ou acoplado à espectrometria de massas

(SKOOG et al., 2006).

Figura 4 - Representação esquemática do equipamento CLAE.

Retirador de

bolhas

Solventes Bomba

Amostrador

Coluna

Fase estacionária

Descarte

Detector

18

5 METODOLOGIA

5.1. Síntese do catalisador HDL

Os catalisadores HDL foram preparados pela técnica de co-precipitação. Para isto foi

utilizada uma solução de ZnCl2 (26,98 g; 0,198 mols) e Al(NO3)3.9H2O (24,76 g; 0,066

mols), com razão molar de 3:1, em água deionizada (100 ml). Ao longo de 48 horas

adicionou-se, sob constante agitação, gota a gota de uma solução de NaOH (12,67 g; 0,3 mol)

à solução preparada anteriormente. Após esta etapa, a solução obtida foi filtrada à vácuo e os

HDL formados, lavados com água deionizada e secados em dessecador.

Posteriormente, foi misturado uma suspensão de HDL previamente preparada (1g de

sólido por 50 ml de água) com 0,5 mmol de cristais preto-esverdeados de [Cu(H2O)(µ-

L1)Na(H2O)]n∙2nH2O (1), cristais verdes de [Cu(H2O)(µ-L2)Na(H2O)]n∙2nH2O (2) ou cristais

pretos de [Cu(H2O)(µ-L3)Na(H2O)]n∙2nH2O (3) que foram sintetizados a partir dos ligantes

L1, L2 e L3, que serão detalhados nos resultados, em colaboração com o Prof. Kamran

Mahmudov. Essas misturas passaram por agitação à temperatura constante de 323 K durante

três dias, obtendo-se sólidos. Estes foram lavados com um volume de 30 mL de água por

cinco vezes, e em seguida, lavados três vezes com um volume de 30 mL de acetonitrila, e

finalmente, foram secos à temperatura ambiente, resultando nos compostos HDL-1, HDL-2 e

HDL-3.


degradação

Diversos testes alterando as variáveis cromatográficas, como tipo e proporção de

solventes, fluxo da fase móvel, comprimento de onda para detecção UV e a concentração do

soluto, foram feitos a fim de encontrar a condição ótima para o método, ou seja, uma condição

na qual os analitos são eluídos sem que ocorra sobreposição de picos e com o menor tempo de

análise.

Utilizando uma coluna de fase reversa do tipo C18 no CLAE, primeiramente foram

analisados dois possíveis solventes para serem utilizados juntamente com água Milli-Q no

equipamento, estes foram metanol e acetonitrila.

19

Após o método ter sido otimizado, foram preparadas soluções-estoque da atrazina e dos

produtos de degradação DIA e DEA e, a partir desta solução, foram preparadas por diluição

cinco soluções em acetonitrila com concentração variando entre 0,5 e 3,0 ppm. Em seguida,

todas estas soluções foram injetadas no CLAE, em duplicata para padronização do método.

5.3. Avaliação da atividade catalítica do HDL na degradação da atrazina

Num reator de vidro do tipo batelada foram misturados 3 mg do catalisador previamente

preparado, 1 mg de substrato (atrazina) com concentração molar de 1000 ppm, 5 mg de

oxidante (iodozilbenzeno) e 3 ml de acetonitrila, sendo mantidos por agitação magnética.

Esta condição é considerada padrão nos estudos iniciais de degradação de organoclorados.

O meio reacional foi monitorado durante 24 horas, com o intuito de se promover a

oxidação da atrazina e formação dos produtos de degradação. Estes foram analisados por

cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE-UV) com prévia diluição da amostra em 25

mL de acetonitrila. Os compostos formados na reação de oxidação foram identificados e

quantificados utilizando o método cromatográfico desenvolvido através de amostras-padrão

encontradas para a atrazina e seus produtos de degradação.

Este procedimento foi repetido para todos os catalisadores sintetizados (HDL-1, HDL-2

e HDL-3).

20

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES

6.1. Síntese dos catalisadores HDL

Baseado em estudos anteriores já consolidados, os compostos aril-hidrazona de -

dicetonas (AHBDs) foram imobilizados no suporte hidróxido duplo lamelar através da troca

dos íons nitratos do HDL preparado [Zn0.74Al0.26(OH)2]|(NO3)0.26·0.23H2O por grupos –COO-

e –SO3- provenientes dos compostos AHBDs. Os grupos de –COO

- e –SO3

- estão indicados

pela Figura 5. Esses grupos funcionais são importantes para a imobilização do ligante no

suporte de HDL, visto que os grupos conferem um ambiente aniônico para a ligação com o

HDL que apresenta carga catiônica, resultando assim na interação eletrostática (FIGURA 6).

Figura 5 - Ligantes (L1, L2 e L3) aril-hidrazona de -dicetonas (AHBDs) utilizados na

preparação de complexos CuII-AHBD.

Figura 6 - Possível agregação de CuIIAHBD-HDL.

Fonte: MAC LEOD et. al (2012, p.16.)

R1 R2 R3 R4 R5

L1 CH3 CH3 SO3- H NO2

L2 CH3 CH3 SO3- H SO3

-

L3 OC2H5 CH3 H COO- H

21

6.2.Otimização das condições cromatográficas para análise da atrazina e produtos de

degradação

Considerando que a coluna cromatográfica utilizada para a análise da atrazina e dos

produtos de degradação era do tipo fase reversa, a fase móvel deve ser constituída por

solventes polares. Dessa forma, os solventes para testes preliminares foram o metanol e

acetonitrila combinados com água Milli-Q. A análise realizada com o metanol não mostrou

resultados satisfatórios uma vez que o pico da atrazina demorava um longo período para ser

detectado, cerca de 50 minutos, mesmo variando o fluxo e a proporção do solvente com a

água. A análise realizada com a fase móvel constituída por acetonitrila/água Milli-Q fez com

que houvesse menor interação do soluto com a fase estacionária, sendo possível a detecção da

atrazina com um tempo de retenção relativamente menor, cerca de 20 minutos.

O fluxo máximo permitido para o equipamento foi de 0,4 ml/min, pois acima desse

fluxo a pressão da coluna aumentou de forma a impedir a análise, em função de problemas

com o fluxo na bomba do CLAE. Após a determinação do solvente (acetonitrila/água Milli Q)

e do fluxo (0,4 ml/min), foram feitos testes com a atrazina e seu produto de degradação DEA

com concentração de 0,1 ppm na proporção de fase móvel 50% de acetonitrila e 50% de água

Milli-Q com um comprimento de onda para detecção de 215 nm para ATZ e 221 nm para

DEA obtendo os cromatogramas seguintes (FIGURA 7).

22

Figura 7 – Cromatogramas obtidos alterando variáveis do método para otimização:

A) Cromatograma com 0,1ppm de ATZ, C18, Fase Móvel: acetonitrila/água Milli-

Q: 50/50 em condição isocrática, fluxo à 0,4 mL/min e detecção UV em 215

nm, T=25 ºC.

B) Cromatograma com 0,1ppm de DEA, C18, Fase Móvel: acetonitrila/água Milli-

Q: 50/50 em condição isocrática, fluxo à 0,4 mL/min e detecção UV em 221

nm, T=25 ºC.

A

B

23

Através da análise destes cromatogramas foi possível notar que as concentrações dos

solutos estavam muito baixas para a resolução do equipamento e uma possível impureza na

coluna apresentava concentração maior que a da substância em estudo com um tempo de

retenção próximo a 4 min. Dessa forma, foram feitas análises com concentrações de atrazina e

de seus produtos de degradação mais altas a fim de obter mais clareza nos resultados obtidos.

Além disso, observou-se que o comprimento de onda em 221 nm apresentou resultados

melhores quando comparado com as análises em 215 nm para a detecção dos analitos.

Após avaliar o comportamento de diferentes concentrações de analitos (ATZ e seus

produtos de degradação), determinou-se a faixa de concentração mais apropriada para a

análise da atrazina que foi entre 0,5 ppm – 3 ppm.

Após os testes preliminares para a determinação do método de análise, foi encontrada a

condição ótima para análise da atrazina e seus produtos de degradação DIA e DEA:

utilizando-se uma coluna C18 (marca 1220 Infinity LC Modelo G4290B) de 125x4 mm e fase

móvel acetonitrila: água Milli-Q 50:50 (v/v) em condição isocrática, fluxo à 0,4 mL/min e

detecção UV em 221 nm, na temperatura ambiente (T=25 ºC).

O cromatograma obtido pelo método descrito acima, Figura 8, ilustra uma separação

satisfatória dos compostos em curto tempo de análise (20 min). A eluição da

deisopropilatrazina (tr=7,40 ± 0,07 min) e desetilatrazina (tr =8,80± 0,01 min), ATZ (tr

=17,90 ± 0,10min), está em ordem decrescente de polaridade e concorda com a apresentada

na literatura (ANDREU; PICÓ,2004).

Figura 8 - Cromatograma da ATZ, DIA e DEA obtida no método cromatográfico empregado

(C18, Fase Móvel: acetonitrila/água Milli-Q: 50/50 em condição isocrática, fluxo à 0,4 mL/min e

detecção UV em 221 nm, T=25 ºC).

ATZ

DIA

DEA

24

Foram realizadas curvas de padronização dos compostos analisados e utilizando-se de

ferramentas estatísticas, especificamente, a linearidade e o chi quadrado, para cada tipo de

amostra. Foram feitas três curvas analíticas com os dados da área do pico da solução versus

concentração da amostra.

Os dados da concentração e da área obtidos através dos picos para as soluções de

atrazina, deisopropilatrazina e desetilatrazina seguem na Tabela 1.

Tabela 1 – Concentração e sua área correspondente através do método de análise obtido para o

estudo de degradação do pesticida para os seguintes analitos: ATZ, DIA e DEA.

Área (U.A.)

Concentração

(ppm)

Concentração

(10-3

mol/L)

ATZ DIA DEA

0,5 2,318 19902347 27785556 16085408

1,0 4,636 21320986 35999528 22228581

1,5 6,955 29536193 46229180 28840752

2,0 9,273 53029644 44483527 34099915

2,5 11,591 59255485 59869610 44284616

3,0 13,909 80416888 77185573 49739723

Foram preparadas seis soluções para cada analito (atrazina e seus respectivos

derivados), em acetonitrila, com concentração de derivados s-triazínicos variando entre

2,318.10-3

e 1,390.10-2

mol.L-1

. Foram construídas as curvas de calibração (FIGURAS 9-11)

lançando na abscissa a concentração do pesticida (ou produto de degradação) e na ordenada a

área do pico obtida nos respectivos cromatogramas.

Figura 9 - Curva de calibração do pesticida atrazina.

y = 5E+09x - 76708 R² = 0,9387

0,00E+00

3,00E+07

6,00E+07

9,00E+07

0 0,005 0,01 0,015

Áre

a (U

A)

Concentração mol/L

25

A equação da reta obtida na padronização da atrazina segue o formato y= ax +b sendo a

concentração da atrazina o termo “x” da equação e a área do pico o termo “y”. Desta forma, a

equação resulta em:

Ap = 5x109[ATZ] - 76708

[ATZ] = (𝐴𝑝 + 76708)/ 5𝑥109 (1)

Figura 10 - Curva de calibração do Desetilatrazina (DEA).

A equação da reta obtida desta padronização segue y=ax+b, sendo que nesta análise o

termo “x” corresponde à concentração de DEA:

Ap = 3x109[DEA] + 9x10

6

[DEA] = (AP − 9x106)/3x109 (2)

y = 3E+09x + 9E+06 R² = 0,9925

0,00E+00

3,00E+07

6,00E+07

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Áre

a (U

A)


26

Figura 11 - Curva de calibração do Desisopropilatrazina (DIA).

A equação da reta obtida desta padronização também segue y=ax+b, porém, o termo “x”

corresponde agora à concentração de DIA:

Ap = 3x109[DIA] + 2x10

7

[DIA] = (Ap − 2x107)/3x109 (3)

Os valores de Chi quadrado encontrados nas curvas de calibração foram 0,9387; 0,9925

e 0,9202, respectivamente. Isso significa que os dados seguem uma linearidade, ou seja, o

aumento da área do pico é proporcional ao aumento da concentração.

Após a padronização da atrazina e de seus produtos de degradação, foram realizados

estudos da degradação da atrazina utilizando reatores do tipo batelada.

6.3. Avaliação da atividade catalítica do HDL na degradação da atrazina

Primeiramente, encontrou-se o número de mols de ATZ nas reações catalíticas a partir

da massa molar da ATZ (215,68 g/mol) e da quantidade de ATZ utilizada em cada reação

(1mg). O valor encontrado foi de 4,636. 10-6

mols. Para a determinação da concentração

molar da ATZ no reator (1,54.10-3

mol/L), o número de mols encontrado foi dividido pelo

volume de solvente em cada reação (3 mL de acetonitrila).

Contudo, essa concentração foi diluída para o volume final de 25 mL de acetonitrila, e

com a Equação 4 a seguir, encontrou-se a concentração que foi analisada no CLAE e o

cromatograma obtido foi utilizado nos cálculos de rendimento.

y = 3E+09x + 2E+07 R² = 0,9202

0,00E+00

3,00E+07

6,00E+07

9,00E+07

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Áre

a (U

A)


27

𝑀1. 𝑉1 = 𝑀2. 𝑉2 (4)

Em que, M = concentração molar (mol/L)

V= volume (L)

1 = inicial

2 = final

O valor encontrado para a concentração foi de 1,855 . 10-5

mol/L após a diluição.

Com a área dos picos de atrazina de cada reator representadas pelas Figuras 12-14 e com a

equação de padronização da ATZ representada pela Equação 1 foi calculado o quanto de ATZ

restou após a reação em batelada.

Observa-se a partir do cromatograma da reação de oxidação da ATZ que o catalisador

HDL-1 não foi capaz de degradar o pesticida e foram observados apenas traços dos produtos

de degradação (DEA e DIA) (FIGURA 12).

Figura 12 - Cromatograma da degradação da ATZ utilizando o catalisador HDL-1.

(C18, Fase Móvel: acetonitrila/água Milli-Q: 50/50 em condição isocrática, fluxo à 0,4 mL/min

e detecção UV em 221 nm, T=25 ºC).

O catalisador HDL-3 degradou 92 % da atrazina, com a formação dos produtos DEA e

DIA, além de outros produtos não identificados nesse estudo, mostrando a habilidade

biomimética do catalisador (FIGURA 13).

28




Degradação da atrazina próxima a 100 % também foi obtida com o catalisador HDL-2,

entretanto, observou-se uma diferença na seletividade da reação, pois o principal produto de

degradação apresenta pico de retenção igual a 4,393 min. Este produto não foi alvo desse

estudo, provavelmente desetilhidroxiatrazina ou deisopropilhidroxiatrazina e baixa formação

dos produtos DEA e DIA, mostrando que o catalisador não é considerado um bom modelo

biomimético, pois não foram gerados os principais produtos de degradação. A Figura 14

evidencia a representatividade do produto de degradação obtido.




29

As diferenças na seletividade dos produtos de degradação utilizando diferentes

catalisadores ainda não estão completamente elucidadas.

30

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Buscando-se degradar o pesticida atrazina em seus principais produtos de degradação

DEA e DIA, foi elaborado um método de pesquisa a fim de encontrar um modelo

biomimético satisfatório para a compreensão deste processo.

Neste contexto, foi desenvolvido um método cromatográfico no CLAE para ser obtida a

correta separação da atrazina de seus produtos de degradação e averiguar em qual região do

espectro cromatográfico determinada espécie poderia ser identificada. A otimização do

método empregado foi obtida com êxito, pois este propiciou boa identificação e separação

entre os picos e resultados confiáveis.

Além disso, as curvas de padronização da atrazina e seus produtos de degradação, DEA

e DIA apresentam uma tendência linear, ou seja, demonstram proporcionalidade entre a área

do pico gráfico e a concentração dos compostos. Este comportamento era esperado e foi

bastante plausível para a continuidade do estudo.

Por fim, através da análise dos cromatogramas de degradação da atrazina utilizando os

diferentes catalisadores desenvolvidos, é possível notar que o catalisador HDL-3 apresenta

alta habilidade biomimética comparado aos demais catalisadores (HDL-1 e HDL-2), no qual a

atrazina foi degradada, com formação dos produtos DEA e DIA os quais são metabólitos

produzidos no sistema biológico. Entretanto, o catalisador HDL-1, não foi capaz de gerar

produtos de degradação no tempo transcorrido dentro do reator e o catalisador HDL-2

degradou a atrazina completamente, porém em um produto que não foi objeto de estudo neste

trabalho.

É válido observar que os cromatogramas não apresentam uma linha de base estável e

regular próximo aos tempos de retenção de 4 a 6 minutos, por alguma possível contaminação

na coluna utilizada no CLAE. Porém essa contaminação não afetou de forma prejudicial à

análise dos dados da pesquisa e a sua viabilidade tecnológica.

31

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANDREU, V.; PICÓ Y. DETERMINATION OF PESTICIDES AND THEIR

DEGRADATION PRODUCTS IN SOIL: CRITICAL REVIEW AND COMPARISON

OF METHODS. Trends in Analytical Chemistry, v. 23, p. 772- 789, 2004.

ATANOR S. C. A. (Argentina). Exportação de Agroquímicos (Org.). ATRAZINE. 2014.

Disponível em:

<http://www.atanor.com.ar/por/negocios_de_exportacao/agroquimicos/herbicidas/atrazine.ph

p?id=2&contacto=brasil>. Acesso em: 26 abr. 2014.

ÁVILA, Letícia Gomes de et al. FORMULAÇÕES DE ATRAZINA EM XEROGÉIS:

SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO. Química Nova, Porto Alegre, v. 7, n. 32, 2009.

CARDOSO, Lucelena P.. ESTUDO DA APLICAÇÃO DE HIDRÓXIDOS DUPLO

LAMELARES NA REMOÇÃO E LIBERAÇÃO LENTA DE PESTICIDAS. 2006. 162 f.

Tese (Doutorado) - Curso de Química, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2006.

CARMO, D. A.; CARMO, A. P. B.; PIRES, J. M. B.; OLIVEIRA, J. L. M.

COMPORTAMENTO AMBIENTAL E TOXIDADE DOS HERBICIDAS ATRAZINA

E SIMAZINA. Ambi-Agua, Taubaté, v. 8, n. 1, p. 133-143, 2013.

CETESB. PESTICIDAS ORGANOCLORADOS. Disponível em: <

http://www.cetesb.sp.gov.br/userfiles/file/agua/aguas-superficiais/aguas-

interiores/variaveis/aguas/variaveis_quimicas/pesticidas_organoclorados.pdf >. Acesso em:

27 abr. 2014.

COLLA, Luciane Maria et al. ISOLAMENTO E SELEÇÃO DE FUNGOS

PARABIORREMEDIAÇÃO A PARTIR DE SOLO CONTAMINADO COM

HERBICIDAS TRIAZÍNICOS. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 32, n. -, p.809-813,

jun. 2008.

CORREIA, Fábio Veríssimo; LANGENBACH, Tomaz. DINÂMICA DA DISTRIBUIÇÃO

E DEGRADAÇÃO DE ATRAZINA EM ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO SOB

CONDIÇÕES DE CLIMA TROPICAL ÚMIDO. Revista Brasileira de Ciência do Solo,

Rio de Janeiro, v. 30, n. 183-192, p.183-192, fev. 2005.

COUTINHO, Cláudia F.b. et al. PESTICIDAS: MECANISMO DE AÇÃO,

DEGRADAÇÃO E TOXIDEZ. Pesticidas: R.ecotoxicol. e Meio Ambiente, Curitiba, v. 15,

n. -, p.65-72, jan. 2005.

CREPALDI, Eduardo Luis; VALIM, João Barros. HIDRÓXIDOS DUPLOS

LAMELARES: SÍNTESE, ESTRUTURA, PROPRIEDADES E

APLICAÇÕES. Química Nova, Ribeirão Preto, v. 3, n. 21, 1997.

32

CUNHA, Vanessa R. R. et al. HIDRÓXIDOS DUPLOS LAMELARES:

NANOPARTÍCULAS INORGÂNICAS PARA ARMAZENAMENTO E LIBERAÇÃO

DE ESPÉCIES DE INTERESSE BIOLÓGICO E TERAPÊUTICO. Química Nova, São

Paulo, v. 33, n. 1, 2010.

DAMS, R.I. PESTICIDAS: USOS E PERIGOS À SAÚDE E AO MEIO AMBIENTE.

Revista Saúde e Ambiente, v. 7, p. 37-44, 2006.

DUARTE, Silvia. INSETICIDAS ORGANOCLORADOS. DISPONÍVEL EM:

<HTTP://LTC.NUTES.UFRJ.BR/TOXICOLOGIA/MXII.ORGAN.HTM>, ACESSO

EM: 27 abr. 2014.

FOGLER, H. Scott. ELEMENTS OF CHEMICAL REACTION ENGINEERING. 4. ed.

Estados Unidos da América: Pearson Prentice Hall, 2006.

GOTARDO, Maria Carolina Alves de Freitas. METALOPORFIRINAS COMO

MODELOS BIOMIMÉTICOS DO CITOCROMO P450 NA OXIDAÇÃO DE

PESTICIDAS. 2006. 148 f. Tese (Doutorado) - Curso de Química, Departamento de

Departamento de Química, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2006.

GHOSH, Pranab Kumar; PHILIP, Ligy. ATRAZINE DEGRADATION IN ANAEROBIC

ENVIRONMENT BY A MIXED MICROBIAL CONSORTIUM. Water Research,

Vellore, Chennai, v. 38, p.2277-2284, maio 2004.

LIMA, Luanna Loyola et al. AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DE ÁGUA

RESIDUÁRIA SINTÉTICA DOPADA DE ATRAZINA, DELTAMETRINA, METIL-

PARATION E PARAQUAT EM REATORES EM BATELADA SEQUENCIAL COM

BIOMASSA IMOBILIZADA DE ASPERGILLUS NIGER AN400. In: CONGRESSO

NORTE NORDESTE DE PESQUISA E INOVAÇÃO, 7., 2012, Palmas. Ciência, tecnologia

e Inovação: ações sustentáveis para o desenvolvimento regional. Palmas: Connepi, 2012. p. 1

- 8.

LIN, Tao et al. STUDY OF ATRAZINE DEGRADATION IN SUBSURFACE FLOW

CONSTRUCTED WETLAND UNDER DIFFERENT SALINITY. Chemosphere, Xangai,

v. 72, p.122-128, abr. 2008.

MAC LEOD, Tatiana C.O. et al. COPPER(II) COMPLEXES OF

ARYLHYDRAZONES OF Β-DIKETONES IMMOBILIZED ON ZN–AL LAYERED

DOUBLE HYDROXIDES AS EFFECTIVE RECYCLABLE CATALYSTS FOR

PEROXIDATIVE OXIDATION OF ALKANES. Elsevier Journal, Portugal, p. 15-23,

junho 2012.

MATOS, Iorquirene de Oliveira; ALVES, Wendel A.; NASCIMENTO, Otaciro R..

ATIVIDADE ELETROCATALÍTICA DE SISTEMAS BIOMIMÉTICOS DA ENZIMA

CATALASE. Química Nova, São Paulo, v. 34, n. 9, p.1588-1594, set. 2011.

33

PEREIRA, Samanta Vieira. DEGRADAÇÃO DA ATRAZINA PELO PROCESSO

UV/H2O2 E OZÔNIO, IDENTIFICAÇÃO DOS INTERMEDIÁRIOS E AVALIAÇÃO

DA ATIVIDADE ESTROGÊNICA. 2011. 168 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia

Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011.

SKOOG, Douglas A. et al. FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA. Tradução da

8ª edição norte americana. São Paulo: Thomson, 2006.

Documents

ERIC RAMALHO PINTO THAÍS FRAGA GONÇALVES · ERIC RAMALHO PINTO THAÍS FRAGA GONÇALVES ... (PEREIRA, 2011). Os pesticidas são classificados de acordo com a praga que atacam. Por