Processos Oxidativos Avançados na Degradação do Metronidazol

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Rosa, M.F. (UNIOESTE/TOLEDO) ; Silva, S.D.K. (UNIOESTE/TOLEDO)

Resumo

A fotodegradação empregando luz ultravioleta do antibiótico metronidazol (MNZ) em solução aquosa foi investigada na presença de peróxido de hidrogênio (H2O2) e do catalisador: dióxido de titânio (TiO2). Nos experimentos de fotocatálise heterogênea foi realizado um planejamento experimental 23 para avaliar a influência das variáveis pH, concentração de H2O2 e concentração do catalisador na fotodegradação do fármaco, que foi monitorada por espectrofotometria na região do UV-VIS. Nos ensaios de fotocatálise heterogênea a maior taxa de degradação do MNZ foi de 72,1% quando empregou-se TiO2 na concentração de 100 mg L-1, H2O2 na concentração de 1000 mg L-1 em pH 10. Nos ensaios de citotoxicidade empregando Artemia salina verificou-se uma redução de 90% na toxicidade da amostra após o tratamento

Palavras chaves

Contaminantes emergentes; fármacos; Química Verde

Introdução

Grande quantidade de medicamentos é produzida anualmente e utilizados na medicina humana e veterinária, representando um fator de grande preocupação em contaminação ambiental. Estudos revelam que as classes de medicamentos mais impactantes são os antibióticos, os hormônios e os antidepressivos. Entre os antibióticos, 76,6% apresentam inerente risco ambiental (Binieka et al., 2005). O metronidazol (MNZ), pertencente à classe dos nitroimidazóis, é extensamente empregado no tratamento de infecções causadas por bactérias anaeróbicas e protozoários, como a Giardia lamblia e Trichomonas vaginalis. Este composto apresenta baixa biodegradabilidade e solubilidade em água (Shemer et al., 2006) favorecendo seu acúmulo nos ambientes aquáticos. Estudos relatam efeitos mutagênicos deste antibiótico em bactérias, nas quais provocam alterações ao nível do DNA (Çavas & Ergene-Gözükara, 2005), podendo exercer efeitos genotóxicos e carcinogênicos em outros organismos, tornando fundamental sua completa remoção dos efluentes aquáticos. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm sido uma alternativa ou complemento aos processos convencionais de tratamento de efluentes, uma vez que os radicais hidroxila gerados possuem elevada reatividade, alto poder oxidante e uma menor seletividade para remoção de poluentes recalcitrantes/refratários, mostrando-se bastante eficazes no processo de descontaminação ambiental (Dantas et al., 2010). Este trabalho estuda a eficiência do processo de fotocatálise heterogênea na degradação do MNZ em solução aquosa, empregando para tal um planejamento experimental 2^3, tendo como parâmetros as concentrações de TiO2, H2O2 e o pH.

Material e métodos

A solução estoque de MNZ foi preparada dissolvendo-se 0,1g do antibiótico em 100 mL de água destilada, obtendo-se uma solução estoque de concentração 1,0 g L-1. A solução foi submetida a um banho ultrassônico durante 25 minutos, a fim de garantir a completa solubilização da amostra. As soluções de trabalho, na concentração de 10 mg L-1, foram preparadas a partir da diluição da solução estoque. O metronidazol foi adquirido junto a empresa Sigma-Aldrich com grau de pureza 99,9%. Para os ensaios de oxidação foi utilizada uma solução de H2O2 (Anidrol) padronizado utilizando a técnica de titulação permanganométrica (Vogel, 1992). Para os ajustes de pH utilizou-se hidróxido de sódio (NaOH) (FMAIA) e ácido clorídrico (HCl) (Labsynth) ambos grau P.A.. Os ensaios de fotocatálise foram realizados utilizando-se TiO2 obtido junto a Sigma-Aldrich (pureza de 99,9%).Os ensaios foram realizados em 250 mL de solução aquosa contendo 10 mg L-1 de MNZ, as quais foram irradiadas durante 60 minutos em foto-reator. Em intervalos de 10 minutos eram retiradas alíquotas de 3,0 mL para realização de leituras espectrais utilizadas para o acompanhamento da cinética de reação. Foram feitas medidas de absorbância das amostras no tempo inicial (A0) e final (Af) e relacionadas para a construção dos gráficos de ln(A0/Af) vs tempo (minutos) empregando-se os valores de absorção localizado no comprimento de onda de 320 nm. Para os experimentos de fotocatálise utilizando TiO2, foi realizado um planejamento experimental 2^3, com triplicata no ponto central, a fim de avaliar os efeitos das variáveis pH, concentração de H2O2 e concentração do catalisador na degradação do MNZ.A variável resposta em todos os experimentos foi o percentual de redução da banda (%Red) centrada em 320 nm.

Resultado e discussão

Os resultados obtidos no planejamento experimental 2^3, realizado a fim de avaliar os efeitos das variáveis pH, concentração de H2O2 e concentração do TiO2 na degradação do MNZ, são apresentados na Tabela 1. Os resultados obtidos apresentaram variações de 38,76% a 71,2%. Esta maior taxa foi obtida nos maiores níveis das variáveis avaliadas: pH 10, concentração de TiO2 100 mg L-1 e concentração de H2O2 de 1000 mg L-1. Pelos resultados apresentados, ao nível de significância de 5%, os parâmetros pH, H2O2, TiO2, assim como as interações entre os parâmetros pH/TiO2 e H2O2/TiO2 são significativas para o processo, de modo que com um aumento no valor de pH e na concentração de H2O2, observa-se uma maior eficiência de degradação, assim como, o pH alcalino e a maior concentração do catalisador TiO2 aumentam a eficiência do processo. O ajuste do modelo, considerando apenas os parâmetros significativos do processo, resultaram na equação %Red = 51,598 + 4, 787.pH + 4,132. [H2O2] + 5,970. [TiO2] + 7,300. pH. [TiO2] -1,920. [H2O2].[TiO2] O efeito das variáveis significativas e suas interações foram verificados aplicando a análise de variância (ANOVA), como apresentado na Tabela 2. Nas condições propostas o FCal (76,426) para o modelo é maior que o FTab (6; 4; 0,05 = 6,16), portanto, o modelo é válido para o nível de significância de 5%. O ensaio de toxicidade com A. salina foi realizado empregando-se água destilada como controle negativo, uma solução aquosa de MNZ [10 mg L-1] com pH ajustado em 10, e uma solução de MNZ tratado nas condições experimentais que apresentaram as melhores taxas de degradação (pH 10, H2O2 [1000 mg L-1] e TiO2 [100 mg L-1]).Os índices de mortalidade observados após 24 h de exposição foram, respectivamente, de 0, 90 e 20%, mostrando a eficiência do processo.

Tabela 1. Matriz de planejamento fatorial 2^3 com resultado de percentagem de redução da absorbância.


Tabela 2. Análise de variância do modelo previsto para o processo de fotodegradação na redução da absorbância.

Conclusões

A fotodegradação do antibiótico MNZ por processos oxidativos avançados foi realizado de acordo com um planejamento experimental 2^3, tendo como fatores TiO2, H2O2 e pH. Os experimentos mostraram que as melhores condições de fotodegradação (71,2% de redução da absorbância em 320 nm) foram obtidas quando [TiO2] = 100 mg L-1; [H2O2] = 1000 mg L-1 e pH = 10. Análise de variância mostrou que todos os parâmetros, assim como as interações entre os parâmetros pH/TiO2 e H2O2/TiO2 foram significativos para o processo. Ensaios com A. salina mostraram redução de 80% da toxicidade para a amostra tratada.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Fundação Araucária (PR) o auxílio financeiro recebido.

Referências

BINIECKA, M.; CAMPANA, P.; IANNILLI, I. The technological and economic management of the environmental variable in the pharmaceutical-chemical industry. Microchemical Journal, v. 79, p. 325-329, 2005. http://dx.doi.org/10.1016/j.microc.2004.10.002.
ÇAVAS, T.; ERGENE-GÖZÜKARA, S. Induction of micronuclei and nuclear abnormalities in Oreochromis niloticus following exposure to petroleum refinery and chromium processing plants effluents. Aquatic Toxicology, v. 74, p. 264-271, 2005. http://dx.doi.org/10.1016/j.aquatox.2005.06.001
DANTAS, R. F.; ROSSITER, O.; TEIXEIRA, R. K. A.; SIMOES, A. S. M.; SILVA, V. L. Direct UV photolysis of propranolol and metronidazole in aqueous solution. Chemical Engineering Journal, v. 158, p. 143-147, 2010. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2009.12.017.
SHEMER, H.; KUNUKCU, Y. K.; LINDEN, K. G. Degradation of the pharmaceutical metronidazole via UV, Fenton and photo-Fenton processes. Chemosphere, v. 63, p. 269-276, 2006. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.07.029.