Degradação do antibiótico ceftriaxona por redutores bimetálicos de Fe/Ni nanoestruturados

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Analítica

Autores

Rocha de Souza Drumond, A. (DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/UFV) ; Aparecida Nascimento, M. (DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/UFV) ; Castro Cruz, J. (DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/UFV) ; Vianna Novaes de Carvalho Teixeira, A. (DEPARTAMENTO DE FÍSICA/UFV) ; Ferreira Lima, C. (DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/UFV) ; Pereira Lopes, R. (DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/UFV)

Resumo

A contaminação por antibióticos é reconhecida como poluição ambiental emergente em ambientes aquáticos devido aos efeitos adversos sobre o ecossistema e a saúde humana. Diante disso, as nanopartículas bimetálicas baseadas em ferro de valência zero têm recebido atenção na remediação de contaminantes em águas residuais. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação do antibiótico ceftriaxona por redutores bimetálicos de Fe/Ni nanoestruturados. O preparo dos nanomateriais foi via redução química e a caracterização por técnicas de Microscopia e Espalhamento Dinâmico de Luz. A eficiência de degradação do analito foi quantificada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector UV-Vis. Os resultados indicaram uma degradação de aproximadamente 70% após 30 min de reação.

Palavras chaves

Redutores bimetálicos ; Ceftriaxona; Degradação

Introdução

A liberação contínua de fármacos no ambiente aquático, especialmente da classe dos antibióticos é um fator preocupante. Estudos relatam a presença destes compostos, assim como os seus metabólitos, em efluentes de estações de tratamento de resíduos industriais e domésticos, em águas superficiais, profundas e subterrâneas, entre outros, indicando a sua remoção ineficiente pelos métodos convencionais de tratamento. Outro agravante é o fato dos antibióticos desenvolverem bactérias resistentes, o que torna um risco potencial para os organismos aquáticos e terrestres (GUERRA et al., 2014). Nesse sentido, as nanopartículas bimetálicas vêm se destacando na remediação de contaminantes funcionalizados de águas residuais. Os redutores mais utilizados são baseados em nanopartículas de ferro de valência zero, devido à sua elevada reatividade, baixo custo e facilidade de obtenção das suas matérias-primas. O Fe com um potencial redox negativo é geralmente ativo e age como um doador de elétrons para reduzir os poluentes, considerando que o outro metal é frequentemente inativo, o qual possui um potencial redox positivo, atuando como catalisador e, portanto, melhorando a reatividade do Fe. O níquel é um bom exemplo de metal catalítico, bastante difundido na literatura (LIU, QIAN e JIANG, 2014). A nanotecnologia como técnica e controle, monitoramento e remediação de poluição ambiental tem se tornado uma ferramenta muito importante. Consequentemente, muitos pesquisadores têm investigado e tentado melhorar a reatividade e a funcionalidade de partículas em nanoescala na remoção de contaminantes em sistemas aquosos. Diante disso, este trabalho teve por objetivo preparar e caracterizar nanopartículas bimetálicas de Fe/Ni e aplicá-las na degradação redutiva do fármaco ceftriaxona.

Material e métodos

*Preparo e caracterização dos redutores de Fe/Ni: Os redutores bimetálicos de Fe/Ni nanoestruturados foram preparados via redução química dos íons Fe (II) e Ni (II) em solução (água : etanol 1:4, v/v) utilizando-se borohidreto de sódio, e armazenados em etanol (WENG et al., 2014). Alíquotas da suspensão foram submetidas à caracterização por Microscopia Óptica e Espalhamento Dinâmico de Luz (Brookhaven Co. com sistema de posicionamento BI200SM e correlacionador Turbocorr) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada à Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) (modelo Leo/1430 VP). Na caracterização das nanopartículas por espalhamento de luz as nanopartículas foram suspensas usando diferentes surfactantes: DTAB (brometo de dodeciltrimetilamônio) - surfactante catiônico, SPAN 80® - surfactante neutro e SDS (dodecil sulfato de sódio) - surfactante aniônico. *Ensaios de degradação: Os redutores bimetálicos de Fe/Ni foram adicionadas à solução aquosa de ceftriaxona (20 mg/L) de pH inicial 5,6, obtendo-se a concentração final de 2,0 g/L. O pH do sistema reacional foi ajustado com solução de ácido sulfúrico (3 mol/L). Após 30 min de reação, alíquotas foram coletadas, filtradas com auxílio de membranas de nitrocelulose (Millipore 0,10 μm) e analisadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (modelo Shimadzu LC 20AT) com detector UV-Vis (Shimadzu SPD 20A). Utilizou-se uma coluna de fase reversa C18 (Shimadzu VP-ODS Shim pack -150 mm x 4,6 mm x 5 μm), a qual foi mantida a 30º C. A fase móvel foi composta por acetonitrila e solução aquosa de H3PO4 0,1% v/v (80:20, v/v). O fluxo foi de 1 mL/min e o volume de injeção foi de 20 μL. Usou-se o modo de eluição isocrático, totalizando 3 minutos de corrida cromatográfica. O comprimento de onda monitorado foi de 228 nm.

Resultado e discussão

*Caracterização das nanopartículas de Fe/Ni: A Figura 1(a) mostra um ampliamento em microscópio óptico com aumento de 100× da suspensão de nanopartículas bimetálicas Fe/Ni. Pode-se notar que essas partículas tem uma forte tendência em formar agregados. Através da técnica de espalhamento de luz, na presença de surfactantes e após um tempo de 6 minutos em ultrassom, mediu-se o as distribuições dos tempos de relaxação das partículas a partir do tratamento das curvas de auto-correlação temporal da intensidade espalhada. As distribuições mostram a intensidade espalhada pelo diâmetro hidrodinâmico relacionado à taxa de relaxação correspondente, calculado pela relação de Stokes-Einstein, Figura 1(b). No branco (redutores na ausência de surfactante) apareceram duas populações: uma em 600-700 nm (partículas não agregadas) e outra por volta de 50 μm (agregados). Para todos os surfactantes adicionados o efeito é o mesmo de dispersar os agregados e estabilizar as partículas. Nos surfactantes iônicos (DTAB e SDS) foi necessário adicionar uma quantidade significativa de água para solubilizá-los. O surfactante mais conveniente é o SPAN 80, por não ser necessário adicionar soluções aquosas na dispersão e que apresentou a menor dispersão. Através das fotomicrografias MEV/EDS (dados não mostrados) foi possível observar uma distribuição homogênea entre as nanopartículas de ferro e níquel, com uma composição individual das nanopartículas estimada em 91, 52 % e 8,483 %, respectivamente. *Degradação do fármaco ceftriaxona: A área do pico referente ao analito (tempo de retenção de 2,5 minutos) após 30 min de reaçõa foi determinada, a concentração estimada a partir da curva analítica e a porcentagem de degradação foi calculada. Os resultados indicaram uma degradação de 67 %.

(a) Microscopia Óptica das nanopartículas de Fe/Ni (b) distribuição de intensidades das nanopartículas medidos por Espalhamento Dinâmico de Luz

Conclusões

Os redutores bimetálicos de Fe/Ni nanoestruturados foram obtidos, caracterizadas e aplicadas com sucesso na degradação redutiva do fármaco ceftriaxona da classe dos antibióticos β-lactâmicos. As partículas apresentaram uma distribuição de tamanhos estreita centrada em 700 nm. Verificou-se uma eficiência de degradação em aproximadamente 70 % em apenas 30 minutos de reação.

Agradecimentos

À CAPES, FAPEMIG, DPF/UFV, DEQ/UFV, DFT/UFV, NMM/UFV e DEMAQ/CENIBRA S.A.

Referências

FERRANDO, RICCARDO, JELLINEK, JULIUS e JOHNSTON, ROY L. . 2006. Nanoalloys: From Theory to Applications of Alloy Clusters. American Chemica Society.
GUERRA, P., M.; KIM, A.; SHAH, M.; ALAEE, e S.A. SMYTH. 2014. Occurrence and fate of antibiotic, analgesic/anti-inflammatory, and antifungal compounds in five wastewater treatment processes. Science of The Total Environment 473–474(0):235-243.
HOMEM, V. e L. SANTOS. 2011. Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices – A review. Journal of Environmental Management 92(10):2304-2347.
LIU, W.-J.; QIAN, T. e JIANG, H. 2014. Bimetallic Fe nanoparticles: Recent advances in synthesis and application in catalytic elimination of environmental pollutants. Chemical Engineering Journal 236(0):448-463.
WENG, X.,; CHEN, Z.; CHEN,Z.; MEGHARAJ, M. e NAIDU, R. 2014. Clay supported bimetallic Fe/Ni nanoparticles used for reductive degradation of amoxicillin in aqueous solution: Characterization and kinetics. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 443(0):404-409.