DEGRADAÇÃO FOTOLÍTICA E FOTOCATALÍTICA DE FÁRMACOS UTILIZANDO ÓXIDO DE TUNGSTATO DE BISMUTO.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Analítica

Autores

Chaves, M.J.S. (UFMA) ; Mendonça, C.J.S. (UFMA) ; Almeida, M.A.P. (UFMA) ; Franco, T.C.R.S. (UFMA)

Resumo

Dentre os poluentes orgânicos emergentes, diversos compostos farmacêuticos são detectados em ambientes aquáticos devido à ineficiência de tratamentos convencionais de efluentes domésticos. Os processos oxidativos avançados são aplicados como tratamentos complementares na degradação de tais compostos. O presente estudo buscou avaliar a fotólise artificial e a fotocatálise heterogênea utilizando como catalisador óxido de tungstato de bismuto na degradação dos fármacos diclofenaco e ibuprofeno. As medidas de concentração foram feitas via HPLC-DAD. Foi possível verificar que o emprego de tais catalisadores se mostrou eficiente na remoção dos fármacos a um custo acessível, podendo ser utilizados para diminuir o impacto ambiental desses contaminantes.

Palavras chaves

Diclofenaco; Ibuprofeno; Tungstato de bismuto

Introdução

O crescimento populacional exacerbado e o desenvolvimento industrial desordenado têm promovido a poluição do meio ambiente, principalmente em função da geração de grandes volumes de resíduos domésticos e efluentes industriais. Os poluentes orgânicos emergentes (POE) têm causados grandes preocupações ambientais, pois são compostos químicos presentes em uma variedade de produtos comerciais, como os fármacos, produtos de uso veterinário, de higiene pessoal, detergentes, entre outros. Eles são encontrados em matrizes ambientais e biológicas, mas não são monitorados, pois não possuem legislação regulatória, a despeito do risco à saúde humana e ao meio ambiente. Entre os POE, os produtos farmacêuticos são os que mais têm chamado a atenção devido ao grande uso de medicamentos e constante contaminação das águas por moléculas biologicamente ativas. Dentre os fármacos, os antibióticos têm recebido atenção especial. Seu enorme consumo, alta solubilidade em água e incompleta remoção nas estações de tratamento de esgoto tem causado sua presença no ambiente aquático. Estes compostos têm diferentes efeitos sobre o meio ambiente, e um deles é a contribuição no desenvolvimento de bactérias resistentes. Entre os antibióticos mais prescritos estão o ibuprofeno e o diclofenaco. Ambos são um dos compostos mais proeminentes entre os microcontaminantes encontrados mundialmente. Estes fármacos são constantemente detectados em águas oriundas de estações de tratamento de efluentes, o que mostra a necessidade de incorporar novas formas de tratamentos de águas aos processos já utilizados. Neste sentido, os processos oxidativos avançados são eficientemente aplicados na degradação desses contaminantes.

Material e métodos

Os testes de degradação dos fármacos diclofenaco e ibuprofeno foram feitos com 5 mg L-1 para experimentos de fotólise artificial e fotocatálise heterogênea. Para avaliar a degradação destes somente pela absorção de luz, foram realizados ensaios de fotólise artificial, variando-se a fonte de radiação. Utilizou-se dois tipos de lâmpadas, uma de LED (emissão na região do visível) e outra de vapor de mercúrio (emissão na região do ultravioleta). A reação foi acompanhada durante 90 minutos. Testes de fotocatálise heterogênea foram executados em sistema aberto para avaliação do comportamento do catalisador à base de tungstato de bismuto. Previamente ao processo fotocatalítico foram feitos testes de adsorção para determinar o tempo mínimo necessário para atingir o equilíbrio de adsorção e dessorção entre as moléculas de diclofenaco, ibuprofeno e o catalisador. Para ambos os testes se utilizou soluções de diclofenaco e ibuprofeno em concentração de 5 mg L-1, variando-se o pH, de 4, 7 e 9,0. A concentração do catalizador foi de 0,25 g L-1. As análises de soluções contendo diclofenaco e ibuprofeno separadamente, foram realizadas em Cromatógrafo a Líquido de Alta Eficiência, acoplado a Detector de Arranjo de Diodo (CLAE-DAD) da Shimadzu, modelo DGU-20, com injeção manual, monitorando os comprimentos de onda de 225 e 275 para ibuprofeno e diclofenaco, respectivamente. Para a separação cromatográfica utilizou-se uma coluna SunFire C18 (Waters), com dimensões de 100 x 3,0 mm e diâmetro de partícula de 3,5 µm. Utilizou-se fase móvel constituída por metanol (componente A) e água acidificada com 0,1 % de ácido fórmico (componente B) (80A:20B), em modo isocrático, por seis minutos e fluxo de 0,4 mL min-1.

Resultado e discussão

O teste de fotólise realizado com a lâmpada de vapor de mercúrio demonstrou maior degradação/transformação do diclofenaco e ibuprofeno, em menor tempo de reação, conforme mostrado na Figura 1A e Figura 2A, alcançando 100% de degradação em 30 minutos. Em contrapartida, ao utilizar a lâmpada de LED, não se observou degradação significativa dos contaminantes (Figuras 1B e 2B). Devido à rápida degradação dos fármacos quando expostos à radiação UV (lâmpada de vapor de mercúrio), optou-se em trabalhar com lâmpada de LED para avaliar o comportamento do catalisador. No estudo da adsorção dos fármacos sobre a superfície do catalisador, o pH da solução foi parâmetro que influenciou o processo adsortivo e fotocatalítico. Em pH 4,0 (Figuras 1B e 2B), a superfície do Bi2WO6 se torna positivamente carregada, que consequentemente, repelem as espécies de carga positiva dos fármacos, os quais estão protonados em valores de pH ácido. Por outro lado, em pH alcalino (Figuras 1D e 2D), o oposto ocorre através da atração exercida pelas espécies formadas no meio reacional. Em pH 7,0 (Figuras 1C e 2C), a adição dos íons hidroxila favorecem a formação das espécies neutras, que, por sua vez, possui certo poder de adsorção. Em relação ao comportamento fotocatalítico do catalisador, pode verificar-se acentuada degradação fotocatalítica do diclofenaco e do ibuprofeno em solução de pH 9,0 (80 % para diclofenaco e 75 % para ibuprofeno). O efeito do pH na reação fotocatalítica pode ser explicado principalmente pelas características do Bi2WO6, o qual pode ficar carregado tanto positivamente quanto negativamente, de acordo com o pH do meio. Portanto, a fotólise artificial e a fotocatálise heterogênea com catalisador de tungstato de bismuto são eficientes na degradação de ambos os fármacos.

Degradação do diclofenaco: A) Fotólise com Lâmpada de vapor de mercúrio; B, C e D) Fotólise com lâmpada de LED, adsorção e fotocatálise em solução de pH 4, 7 e 9, respectivamente.


Degradação do ibuprofeno:A)Fotólise com Lâmpada de vapor de mercúrio; B, C, D)Fotólise com lâmpada de LED, adsorção e fotocatálise em solução de 5mg/L

Conclusões

O estudo da degradação dos contaminantes emergentes diclofenaco e ibuprofeno, utilizando fotocatálise heterogênea com catalisador de tungstato de bismuto apresentou significativa eficiência na degradação do composto ao empregar lâmpada de LED como fonte de radiação. Os resultados mostram que o uso de reatores de bancada promovem a degradação de fármacos, através de ensaios simples e de baixo custo operacional. A análise comparativa entre os processos de degradação mostrou que a fotólise artificial com lâmpada de vapor de mercúrio foi mais eficiente, removendo 100 % dos fármacos em 30 minutos.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Química Analítica e Ecotoxicologia (LAEC-UFMA); Universidade Federal do Maranhão (UFMA); Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental (NCCA-UFMA);

Referências

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