USO DE ELETROXIDAÇÃO NA DEGRADAÇÃO DE CEFAZOLINA EM MEIO AQUOSO

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Arsand, D.R. (IFSUL) ; Almeida, D. (IFSUL)

Resumo

Este trabalho teve como objetivo aplicar a técnica de eletroxidação (EO) para degradar cefazolina sódica (CFZ), antibiótico bastante difundido na medicina humana e cada vez mais presente em ambientes aquáticos e em Estações de Tratamento de Água e Esgoto (ETA e ETE). Os experimentos foram feitos usando eletrodos do tipo DSA® (Dimensional Stable Anode) com base em revestimento em óxido de rutênio e titânio (RuO2-TiO2) na degradação de CFZ em solução aquosa. As condições reacionais foram otimizadas a partir de planejamento experimental usando delineamento de composto central (CCD) considerando dois fatores: corrente aplicada e concentração de eletrólito suporte (NaCl). Os resultados mostram a EO como efetiva na degradação de CFZ, alcançando 87% de degradação em 64 min de experimento.

Palavras chaves

Eletroxidação; Cefalosporinas; Fármacos no ambiente

Introdução

Resíduos de fármacos no ambiente têm se tornado um grande problema ambiental (CRUZ et al., 2010; VERLICCHI et al., 2012). A presença destas substâncias em recursos hídricos, Estações de Tratamento de Água (ETA) e de Esgotos (ETE) é motivo de preocupação devido sua recalcitrância e desconhecida ação sobre organismos vivos (REIS FILHO et al., 2007; CRESTANA & SILVA, 2011; MELO et al., 2009). Os antibióticos estão entre os fármacos mais administrados na medicina e as cefalosporinas, como a cefazolina (CFZ), ocupam lugar de destaque (DE PAULA et al., 2010; MANFIO et al., 2013). Estas substâncias são antimicrobianos β-lactâmicos e, no ambiente, podem resultar em resistência bacteriana (FUENTEFRIA et al., 2008), atuar como desreguladores endócrinos (LEITE et al., 2010) e se bioacumular (XIANG et al., 2016; BILA & DEZOTTI, 2007). Devido sua recalcitrância, os tratamentos convencionais usados no tratamento de águas e efluentes se mostram ineficientes (CRUZ et al., 2010). Dentro desta perspectiva, surge a necessidade de alternativas na degradação desses antimicrobianos (de PAULA et al., 2010; MELO et al., 2009). Técnicas eletroquímicas têm se destacado pela eficiência na degradação/remoção de micropoluentes desta natureza através de reações de oxidação/redução (REZENDE et al., 2010; SIRÉS et al., 2012). As reações de eletroxidação associadas a outros processos têm obtido resultados satisfatórios. Esses mecanismos podem diminuir a toxicidade de compostos como as CFZ e também tornar os mesmos mais fáceis de degradar-se no ambiente (DA SILVA et al., 2013; GARCIA-SEGURA et al., 2016; SALAZAR et al., 2016). Assim, este trabalho teve como objetivo otimizar e aplicar a técnica de EO usando eletrodos do tipo DSA® (Dimensional Stable Anode) na degradação de CFZ em meio aquoso.

Material e métodos

Reagentes e materiais Os experimentos foram feitos utilizando Cefazolina Sódica comercial. Como eletrólito suporte, foi usado Cloreto de Sódio P.A. (Neon, Brasil). Para o preparo das soluções de trabalho utilizou-se água ultrapura produzida no próprio local. Determinação de CFZ As determinações de CFZ foram feitas conforme Pedroso et al. (2013) com auxílio de espectrofotômetro Biospectro modelo SP-220, utilizando cubetas de quartzo com caminho óptico de 1 cm em λ: 270 nm (R2: 0,9996). Experimentos de eletroxidação Célula eletroquímica do tipo homemade em acrílico com capacidade de 600 cm3 foi adaptada para a inserção de eletrodos com dimensões 13,0 x 5,4 cm. Eletrodos do tipo DSA® com base em revestimento em óxido de rutênio e titânio (RuO2-TiO2) foram utilizados. A corrente foi aplicada com auxílio de fonte de corrente DC Power Supply modelo PMI 3002. O volume de trabalho foi de 500 mL e a área de trabalho dos eletrodos foi de 70,20 cm2. Todos os experimentos foram feitos com distância intereletrodos de 2 cm; sem agitação forçada; e à temperatura ambiente. Foram feitos 11 experimentos de acordo com o planejamento experimental usando 5 níveis (-1,41; -1; 0; +1; e +1,41) para 2 fatores: corrente aplicada (151; 200; 300; 400; e 441 mA) e concentração eletrólito suporte (151; 200; 300; 400; e 441 mg/L).Os experimentos foram de 40 minutos na etapa de otimização. Amostras foram retiradas no final de cada experimento e guardadas na ausência de luz a 4±1°C até procedimentos analíticos. Após otimização, experimentos de EO foram feitos (triplicata) durante 64 minutos, retirando-se alíquotas nos tempos 0; 1; 2; 4; 8; 16; 32; e 64 minutos, guardadas sob ausência da luz até procedimento analítico.

Resultado e discussão

Degradação de cefazolina - otimização Os resultados das EO de CFZ nas condições estipuladas pelo planejamento experimental mostram que as maiores taxas de EO foram obtidas nos experimentos usando 400 mA e 400 mg/L NaCl, e 441 mA e 300 mg/L NaCl, alcançando 95% de degradação. Os resultados mostram que a corrente aplicada na degradação de CFZ nas condições avaliadas é significativa (p: 0,028439), enquanto que a concentração de eletrólito mostrou interferir no processo, mas não de forma significativa (p 0,076944). O modelo matemático que mostrou melhor representar a EO de CFZ nestas condições está apresentado na Equação 1. D(%)= 27,527-0,56045.I+0,000857.I2-0,00106).ES2+0,553625.ES+0,000579.I.ES (1) Onde: “D(%)” é a degradação de CFZ; “I” representa a corrente aplicada [mA]; e “ES” é a concentração de eletrólito suporte utilizada [mg/L]. Observou-se a dependência da degradação de CFZ por EO pela corrente aplicada. O aumento da corrente implica no aumento da degradação do composto. O aumento da concentração de NaCl no meio interfere de forma positiva, levando a melhores percentuais de degradação com o incremento de eletrólitos no meio. Assim, adotou-se como condições otimizadas: eletrodos DSA®; densidade de corrente de 5,70 mA/cm2 e 200 mg/L de NaCl. Alguns estudos eletroquímicos mostram que a distância intereletrodos de até 2 cm são mais eficientes (XIANG et al., 2016) e a escolha do eletrólito de suporte, como o NaCl, auxilia na otimização dos processos (SERNA-GALVIS et al., 2016). A eficiência da EO atingiu degradação máxima em 40 minutos de exposição. Eletrodos do tipo DSA® mostram melhor estabilidade, porém muitas vezes demonstram menor eficiência que outros eletrodos, entretanto, com maior tempo de vida (SOPAJ et al., 2015).

Conclusões

Os resultados permitem concluir que a técnica de EO é eficiente na degradação da CFZ utilizando eletrodos DSA®. Ainda, a densidade de corrente aplicada nos experimentos mostrou interferir de forma significativa na degradação do composto. Em 64 min de EO nas condições otimizadas, alcançou-se 87% de degradação.

Agradecimentos

Os autores agradecem o Instituto Federal Sul-rio-grandense campus Pelotas (IFSul) pelo suporte.

Referências

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