Photocatalytic biocidal-foam flters for fluids pollutants: a non -toxic self cleaning strategy

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Filtros de espumas biocidas e fotocatalíticas para a remoção de poluentes em fluidos

Publication . Ferreira, Olga; Geraldes, Elisabete Ribeiro Silva; Gomes, João Fernando Pereira

A contaminação da água por contaminantes biológicos e poluentes orgânicos emergentes é um problema global que acarreta graves consequências socioeconómicas, ambientais e de saúde pública. Nesta tese apresentam-se duas metodologias inovadoras de controlo da bioincrustação, um fenómeno indesejável que ocorre em superfícies em contacto com a água e promotor de biocontaminação, e uma metodologia de remediação de poluentes orgânicos aquáticos, passível de promover sinergias para com a bio-descontaminação. Numa primeira metodologia antivegetativa não-lixiviante, revestimentos de diferentes bases poliméricas (polidimetilsiloxano e poliuretano) contendo o biocida Econea® enxertado, obtidos por um processo de imobilização previamente desenvolvido e patenteado, foram investigados para a proteção de superfícies metálicas e de filtros cerâmicos aplicados em diferentes sistemas em meio aquático. Esta metodologia revelou resultados antivegetativos promissores sob condições hidrodinâmicas de formação de biofilmes e quasi-estáticas simuladas, bem como de campo (condições reais), em particular para os revestimentos de base polidimetilsiloxano. Nestes revestimentos também se obtiveram reduções consideráveis na lixiviação do biocida para o meio aquático, compreendidas entre 34% a 100% (lixiviação indetetável), dependendo da matriz. Na segunda metodologia antivegetativa, desenvolveram-se espumas de poliuretano contendo Econea enxertado na sua estrutura celular com efeitos antivegetativos igualmente promissores, e similares aos obtidos pela metodologia de revestimentos não-lixiviantes, demonstrando a versatilidade da estratégia de imobilização de biocida, neste caso para estruturas poliméricas capazes de atuar como filtros bioativos por si só. Para a remedição de poluentes orgânicos, fotocatalisadores de TiO₂ anatase co-dopadas com cobalto e nitrogénio sintetizados revelaram atividades promissoras, com uma remoção de triclosan superior a 99%, em apenas 20 min sob irradiação de luz LED ultravioleta (365 nm) e visível (450 nm). A dopagem com cobalto revelou ainda poder potenciar efeitos antimicrobianos contra bactérias patogénicas, em particular para a Legionella pneumophila. Os fotocatalisadores demonstraram também compatibilidade para com revestimentos poliméricos inferindo a sua atividade fotocatalítica nos mesmos.

2022-03Doctoral thesis

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Antimicrobial Ceramic Filters for Water Bio-Decontamination

Publication . Ferreira, Olga; Rijo, Patricia; Gomes, João; Santos, Ricardo; Monteiro, Sílvia; Guedes, Rita; Serralheiro, Maria Luísa; Gomes, Marisa; Gomes, Luciana C.; Mergulhão, Filipe J.; Silva, Elisabete R.

Bio-contamination of water through biofouling, which involves the natural colonization of submerged surfaces by waterborne organisms, is a global socio-economic concern, allied to premature materials bio-corrosion and high human health risks. Most effective strategies release toxic and persistent disinfectant compounds into the aquatic medium, causing environmental problems and leading to more stringent legislation regarding their use. To minimize these side effects, a newly non-biocide-release coating strategy suitable for several polymeric matrices, namely polydimethylsiloxane and polyurethane (PU)-based coatings, was used to generate antimicrobial ceramic filters for water bio-decontamination. The best results, in terms of antimicrobial activity and biocide release, showed an expressed delay and a decrease of up to 66% in the population of methicillin-resistant Staphylococcus aureus bacteria on ceramic filters coated with polyurethane (PU)-based coatings containing grafted Econea biocide, and no evidence of biocide release after being submerged for 45 days in water. Biocidal PU-based surfaces were also less prone to Enterococcus faecalis biofilm formation under flow conditions with an average reduction of 60% after 48 h compared to a pristine PU-based surface. Biocidal coated filters show to be a potential eco-friendly alternative for minimizing the environmental risks associated with biofouling formation in water-based industrial systems.

2021-03-11Journal article

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