Avaliação da toxicidade na degradação de corante alimentício por sistema fotocatalítico

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Silva, M.G.N. (UFPE) ; Santos, D.M. (UFPE) ; Barbosa, A.A. (UFPE) ; Aquino, R.V.S. (UFPE) ; Carvalho, R.F. (UFPE) ; Nascimento Júnior, W.J. (UFPE) ; Santana, I.L.S. (UFPE) ; Benachour, M. (UFPE) ; Rocha, O.R.S. (UFPE)

Resumo

Os azo-corantes são compostos tóxicos utilizados por diferentes indústrias, como a alimentícia, que faz seu uso para promover uma aparência boa aos produtos. Entretanto, os corantes quando descartados pelas indústrias nos corpos hídricos na forma de efluentes é uma problemática ambiental. Um estudo fotocatalítico com o corante alimentício Amarelo Tartrazina foi realizado com o auxílio dos semicondutores ZnO e TiO2, em presença de radiação solar natural e UVC. Foram utilizados ensaios de fitotoxicidade para comprovar a eficiência dos processos de tratamento. Os testes mostraram que o corante sem tratamento inibia o crescimento relativo das raízes, enquanto os resultados com as amostras após os tratamentos foram comparáveis ao uso do controle negativo.

Palavras chaves

Corante; Fotocatálise; Fitotoxicidade

Introdução

A poluição ambiental é um dos graves problemas que o planeta enfrenta nos dias atuais, e os consequentes danos aumentam ao longo dos anos (NATARAJAN; BAJAJ; TAYADE, p.202, 2018). Vários compostos orgânicos como corantes, solventes, dioxinas, dibenzofuranos, pesticidas, bifenilospoliclorados (PCBs) e clorofenóis podem ser encontrados nos recursos hídricos. Dentre esses compostos, os corantes são sérios contribuintes para a poluição ambiental (JO, TAYADE, p.1781, 2014). Os corantes são utilizados em diferentes indústrias como alimentícias, farmacêuticas, têxteis, de tintas. Entre elas, as indústrias alimentícias descartam grandes quantidades de corantes em seus efluentes (DOTTO et al, p.3230, 2016). O uso dos corantes nessas indústrias tem a finalidade de conferir um visual atrativo aos alimentos e conquistar o público consumidor (NASCIMENTO JÚNIOR et al, p.304, 2018). Os corantes do tipo azo representam cerca de 50 a 70% dos corantes utilizados pelas indústrias (SCUDERI et al, p. 91, 2016), a maior classe de corantes listados no Índice Internacional de Corantes; entre eles pode-se citar o corante alimentício amarelo tartrazina (ANDRIANTSIFERANA; MOHAMED; DELMAS, p.355, 2014). Os azocorantes têm sido identificados pelo seu potencial carcinogênico e genotóxico (SHA et al, p. 1531, 2016). O descarte de rejeitos industriais com coloração intensa, além de tóxicos, modifica a quantidade e a qualidade da luz solar que penetra as camadas mais profundas da água, comprometendo os processos fotossintéticos. Desse modo, o tratamento desses poluentes para a descontaminação das águas se torna necessário (DALPONTE et al, p.1165, 2016). Os métodos tradicionais de tratamentos físicos (como filtração por membrana) e químicos (coagulação, floculação combinada com flotação e filtração, precipitação, entre outros) não degradam os corantes, apenas promovem a mudança de fase do contaminante, ou seja, convertem uma forma poluente em outra, criando poluição secundária. Além disso, esses contaminantes são resistentes aos métodos biológicos, como degradação microbiana aeróbica e anaeróbica (NATARAJAN; BAJAJ; TAYADE, p.202, 2018). Nesse contexto, os Processos Oxidativos Avançados (POA) vêm sendo utilizados como uma técnica alternativa que se baseia na produção de radicais altamente oxidantes, como o radical hidroxila (HO•) para atacar os poluentes orgânicos (RIBEIRO et al, p.35, 2015). A fotocatálise, que utiliza semicondutores para atuar como fotocatalisadores, faz parte dos POA. Entre os fotocatalisadores mais estudados, encontram-se o dióxido de titânio (TiO2) e o óxido de zinco (ZnO), por apresentarem alta fotossensibilidade, estabilidade e grande abertura de bandas. Nesse processo um semicondutor catalítico, que pode ser óxidos de metal de transição, é irradiado com uma fonte de radiação para gerar radicais hidroxila (SAKTHIVEL et al, p. 66, 2003; SHINDE; BHOSALE; RAJPURE, p.186, 2014). Entretanto, em alguns casos, os POA podem não promover a mineralização total do contaminante, formando compostos intermediários que podem apresentar uma toxicidade maior que o composto inicial. Nesse sentido, para analisar a eficiência do processo de tratamento podem ser realizados testes de toxicidade, com o objetivo de provar a ausência/diminuição de componentes tóxicos (PRIAC; BADOT; CRINI, p.189, 2017). As sementes de alface (Lactuca Sativa) são, geralmente, utilizadas em ensaios fitotóxicos por causa de sua reprodutibilidade e baixo custo (NASCIMENTO JÚNIOR et al, p. 305, 2018). Desse modo, este trabalho teve a finalidade de avaliar a toxicidade antes e após a tratamento do corante Amarelo Tartrazina, a partir de sistemas de fotocatálise heterogênea contendo TiO2 e ZnO na presença de radiações UVC e solar natural.

Material e métodos

EXPERIMENTOS DE DEGRADAÇÃO - Os sistemas de fotodegradação utilizados foram UVC/TiO2, UVC/ZnO, solar/TiO2 e solar/ZnO. Os experimentos conduzidos sob radiação solar natural foram realizados em Recife, Pernambuco (8˚04´03´´ S; 34˚55´00´´ W), em dias ensolarados, no período situado entre 10 e 13 horas, na faixa de radiação de 15,5-15,62 W.cm-2. A radiação foi medida por um sensor de radiação solar (MRUR-203, Instrutherm Ltda). Em cada sistema foi utilizado 0,1 g dos fotocalisadores TiO2 (obtido de Evonik Degussa Brasil Ltda) e ZnO (obtido de Biodinâmica Química e Farmacêutica Ltda.). Foi definido um volume de 300 mL da solução com o corante Amarelo Tartrazina (F.Trajano) (15 mg.L-1) para cada sistema. Os experimentos foram executados em recipientes de vidro cilíndricos de 400 mL, com 9,0 cm de diâmetro e 5,5 cm de altura. Os sistemas foram realizados mediante agitação magnética (FISATOM, 751). Para todos os sistemas, inicialmente, houve um período de agitação no escuro por 30 minutos, por causa do processo de adsorção. Em seguida, esses sistemas foram expostos à radiação UVC (marca) ou a radiação solar natural por 90 minutos e amostras foram coletadas em tempos pré- determinados. Em seguida, mediu-se a absorbância do corante amarelo tartrazina em cada tempo com o auxílio de um espectrofotômetro UV-Visível (SPECTROQUANT PHARO, 300) no comprimento de onda (λ) caraterístico do corante, 427 nm. A eficiência de degradação, ou descoloração, foi calculada através da Equação 1. Descoloração (%) = [(C-C0)/C0] x 100 (1) Onde, C é a concentração do corante em função do tempo e C0 é a concentração inicial do corante após o equilíbrio de adsorção. ENSAIOS DE FITOTOXICIDADE - Os testes de toxicidade foram realizados baseados na metodologia de Young et al.(p. 183, 2018). As sementes usadas nos ensaios foram de alface (espécie Lactuca Sativa) da marca Feltrin Sementes, Brasil. A técnica consistiu em expor as sementes à solução antes do tratamento, às soluções de todos os sistemas após o tratamento e aos controles positivo e negativo. O controle negativo adotado foi água mineral e o positivo, o ácido bórico (3%).Foram utilizadas placas de Petri (8,5 cm diâmetro e 1,2 cm altura), com papel de filtro no interior das placas para reter a umidade, 15 sementes da espécie analisada e 4 mL da amostra de solução avaliada. Os ensaios foram feitos em quintuplicata. As amostras foram expostas às soluções por 120 horas, na temperatura de 22± 2°C, sem presença de luz. Em seguida, foram medidas as raízes das sementes germinadas. Por fim, foram realizados os cálculos do índice de crescimento relativo (ICR) e de germinação (IG). O cálculo do ICR compara as médias dos tamanhos das raízes de sementes germinadas expostas às soluções antes e após o tratamento com a média do tamanho das sementes expostas ao controle positivo; já no índice de germinação, foi calculado o percentual de sementes germinadas.

Resultado e discussão

COMPARAÇÃO DA FONTE DE RADIAÇÃO E DOS FOTOCATALISADORES UTILIZADOS - O sistema contendo ZnO obteve 100% de degradação do corante mais rapidamente (t=45 min) que o com TiO2, que degradou completamente no tempo de 60 minutos, na presença de radiação solar natural. Vale salientar que a luz solar natural utilizada como fonte de energia apresenta 4,3% de radiação UV (3,9 % UVA e 0,4% UVB) que é aproximadamente 38,2 Wm-2 (SAKTHIVEL et al, p.79. 2003). Em relação aos testes feitos com radiação UVC, inicialmente o sistema contendo TiO2 apresentou uma taxa de degradação maior que o com ZnO. Após 10 min, o sistema UVC/ZnO começou a degradar mais rápido que o sistema UVC/TiO2 continuamente. Em 90 min, o experimento contendo o ZnO sob radiação UVC apresentou remoção de 85,24%, enquanto o com TiO2 apresentou 69,36%. O ZnO foi, portanto, o fotocatalisador que apresentou melhor eficiência utilizando radiação solar natural e UVC. A eficiência do processo fotocatalítico do ZnO pode ser explicada por este apresentar maior absorção de fração do espectro solar e mais quantum de luz que o TiO2 (SARAVANAN et al, p.91, 2013; SAKTHIVEL et al, p. 80, 2003). ENSAIOS DE FITOTOXICIDADE - Avaliando os resultados obtidos na Tabela 1, pode-se concluir que os índices de crescimento relativos (ICR) e de germinação (IG) foram relativamente próximos nos testes de fitotoxicidade nas amostras dos sistemas após o tratamento. Segundo Young et al (p.183, 2012), o ICR pode ser diferenciado em categorias dependendo do efeito de toxicidade observados: inibição do crescimento da raiz : 0 < ICR < 0,8; sem efeitos significativos: 0,8 ≤ ICR ≤ 1,2; estimulação do alongamento da raiz: ICR> 1,2. Assim, pode-se concluir que o corante não tratado apresentou um impedimento no crescimento da raiz da semente de Lactuca Sativa, comprovando o efeito negativo desse corante no meio ambiente. Enquanto que para os sistemas após o tratamento com os fotocatalisadores ZnO e TiO2, em presença de radiação solar natural ou UVC, não houveram efeitos significativos em relação ao controle negativo adotado no crescimento da semente. Os índices de germinação da semente também apresentaram resultados positivos, com um índice maior que 90% após o tratamento do corante por meio da fotocatálise heterogênea. Nascimento Júnior et al (p.313, 2018) mostrou-se a eficiência de um tratamento fotocalítico no sistema Solar/H2O2/TiO2 na redução da fitotoxicidade aguda de soluções aquosas dos corantes Amarelo Tartrazina a Azul Brilhante, sem formação de subprodutos mais fitotóxicos.

Valores de ICR e IG para as sementes de alface nos ensaios de toxicidade realizados a partir de amostras antes e após o tratamento fotocatalítico.

Conclusões

Dentre os fotocatalisadores utilizados, o ZnO mostrou-se mais eficiente, nas condições estudadas, e promoveu maior percentual de degradação do corante Amarelo Tartrazina, com menor tempo de tratamento, sobretudo sob radiação solar. Os testes de fitotoxicidade utilizando sementes de Lactuca Sativa sujeitas às amostras das soluções antes e após os tratamentos fotocalíticos evidenciaram que o corante Amarelo Tartrazina sem tratamento apresentou toxicidade. Através dos cálculos do ICR e IG, foi possível observar que esse contaminante orgânico atua de forma a inibir o crescimento relativo das raízes e a própria germinação, podendo causar vários danos ambientais. Entretanto, após o tratamento fotocatalítico a toxicidade diminuiu, indicando que os tratamentos utilizados foram eficientes.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Laboratório de Engenharia de Alimentos - UFPE pela execução do trabalho.

Referências

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