ÁREA
Iniciação Científica
Autores
Mendes, P.H.O. (IFSERTAOPE) ; Souza, I.L. (IFSERTAOPE) ; Silva, I.J.G. (IFSERTAOPE) ; Santos, J.E.L. (UFRN) ; Santos, E.V. (UFRN) ; Henrique, J.M.M. (IFSERTAOPE)
RESUMO
Ao longo dos últimos anos, os medicamentos vêm sendo considerados pela comunidade científica como um potencial problema ambiental. Diante dessa preocupação, pretende-se estudar o desempenho da oxidação anódica empregando um eletrodo de PbO2-F no tratamento de uma matriz aquosa contaminada pelo fármaco cafeína. Densidade de corrente, concentração de eletrólito e tempo serão avaliados. Para caracterizar o eletrodo produzido, realizou-se MEV e DRX. Os resultados de caracterização dos revestimentos de PbO2 dopado com flúor mostraram estrutura típica de pirâmide (cristais octaédricos), ordenados e uniformes e que as fases β-PbO2 são preferencialmente formadas nesse eletrodo. Os ensaios de oxidação anódica serão realizados posteriormente para confirmar o desempenho do eletrodo sintetizado.
Palavras Chaves
Oxidação anódica; cafeína; eletrodo de PbO2-F
Introdução
Os medicamentos são usados para várias finalidades e boa parte deles são extremamente acessíveis aos consumidores. Um desafio potencial e necessário atualmente é controlar o seu fornecimento, as superdosagens e a automedicação. Entretanto, sua entrada no meio ambiente se torna inevitável. Produtos farmacêuticos foram detectados em fluxos de resíduos e esgoto em várias concentrações. Adicionalmente, os processos convencionais de tratamento de águas residuais e esgotos não foram projetados para remover adequadamente os fármacos nos fluxos de resíduos (LIU et al., 2023). A cafeína é um dos contaminantes emergentes mais detectados em águas residuais e ela atua principalmente como estimulador do sistema nervoso central, reduzindo a sonolência (Raj et al., 2021). Nos últimos anos, a aplicabilidade da eletroquímica como alternativa ecologicamente correta para o tratamento de efluentes contaminados por poluentes orgânicos persistentes (POPs) tem recebido grande atenção (MARTÍNEZ-HUITLE e PANIZZA, 2018). Os processos eletroquímicos de oxidação avançada, como por exemplo a oxidação anódica, têm se mostrado altamente eficientes na remoção desses POPs (DURÁN et al., 2018; LIU, HU e LO, 2019; MELO HENRIQUE, J. M. et al., 2019; PERIYASAMY e MUTHUCHAMY, 2018; SOUZA et al., 2015) e estes podem ser facilmente integrados a fontes de energia renováveis, qualificando-os como tecnologia sustentável e verde (GANIYU e MARTÍNEZ-HUITLE, 2020; MILLÁN et al., 2018). Nesse contexto, este estudo visa comprovar as vantagens quando o tratamento eletroquímico de água contaminada por fármacos é utilizado, empregando eletrodos de PbO2-F e integrando energia renovável como alimentação do processo.
Material e métodos
Para a preparação do eletrodo de PbO2-F, uma placa de Titânio (Ti) foi pré- tratada para obtenção de um bom filme de óxido de metal adesivo. A placa de Ti foi polida e limpa e, em seguida, colocada em solução de NaOH a 40% em peso por 30 minutos. Por fim, submeteu-se a placa ao tratamento químico com solução de ácido oxálico 10% a 98 °C por 2 h, para obtenção de uma superfície cinza com rugosidade uniforme. Após o pré-tratamento, a eletrodeposição foi realizada em solução contendo 0,25 mol L-1 de Pb(NO3)2, 0,1 mol L-1 de HNO3 e 0,01 mol L-1 de NaF, aplicando uma densidade de corrente de 5 mA cm-2 durante 2h, em um sistema batelada sem agitação, utilizando a placa de titânio como anodo e aço inoxidável como cátodo. A morfologia da superfície do ânodo de Ti/TiO2/F-PbO2 foi caracterizada por Microscopia Eletrônica de Varredura e Difração de Raios-X. Os ensaios de degradação serão realizados em uma célula eletroquímica em batelada com o ânodo de PbO2-F e titânio como cátodo. Antes do início do processo, será formulado o efluente sintético utilizando Na2SO4 como eletrólito suporte. Cafeína (50 mg/L) foi escolhida como contaminante modelo. As eletrólises serão conduzidas galvanostaticamente em valores de densidade de corrente (j) entre 15 e 45 mA cm−2 usando uma fonte de alimentação Minipa MPL- 3305. Outros dois fatores serão estudados: tempo de eletrólise (2 - 4 horas) e concentração do eletrólito suporte (0,025 - 0,075 M). Os mesmos eletrodos serão usados para todos os experimentos. Durante o tratamento, a remoção da carga orgânica será avaliada por meio de espectroscopia de UV-visível. O fornecimento de energia elétrica se dará por meio de energia fotovoltaica, garantindo a inserção de energia limpa ao processo e, consequentemente, tornando-o mais sustentável.
Resultado e discussão
Com base no padrão de difração de raios-X do eletrodo de Ti/TiO2/F-PbO2,
observa-se que nos filmes os picos mais intensos são dos planos β(101) e β(301).
Assim, as fases β-PbO2 (101) e (301) são preferencialmente formadas nesse
eletrodo. Resultado semelhante foi observado por Tang e Kong (2012) ao estudarem
eletrodos de titânio revestidos com β-PbO2 para a degradação do alaranjado de
metila. A incorporação de íons fluoreto no revestimento inibe a formação de
planos cristalinos da fase α-PbO2. As informações sobre a morfologia do eletrodo
de PbO2-F foram obtidas por análise MEV. Os revestimentos mostraram estrutura
típica de pirâmide (cristais octaédricos), ordenados e uniformes. Além disso, a
dopagem fez com que as partículas da superfície do eletrodo se tornassem menores
e mais lisas, fornecendo uma área de superfície específica maior. Isso pode ser
justificado pelos ânions F- impedirem o crescimento adicional dos grãos, uma vez
que os sítios ativos de oxigênio são substituídos por íons F- nas posições de
defeitos do retículo de PbO2 (Qiao et al., 2015). A varredura espectral da
solução de cafeína, ilustrada na Figura 1, foi realizada entre os comprimentos
de onda de 200 a 350 nm, revelando uma absorção máxima em 267 nm. A Figura 1
também apresenta a curva de calibração do fármaco. A próxima fase deste estudo
envolverá ensaios de degradação utilizando um eletrodo de PbO2-F como ânodo.
Considerando os resultados promissores obtidos nos estudos de caracterização do
eletrodo sintetizado, esperamos obter resultados igualmente promissores na
degradação do fármaco.
Figura 1 – Curva de calibração da solução de \r\ncafeína. In: Varredura espectral da solução de \r\ncafeína 50 mg L-1
Conclusões
Com base nos resultados de caracterização do eletrodo, pode-se concluir que a dopagem do retículo fez com que as partículas da superfície do eletrodo se tornassem menores e mais lisas, em razão da substituição dos ânions F- nas posições de defeitos do retículo de PbO2. Isso também impediu o crescimento dos grãos. Essa estrutura especial poderia impedir a infiltração do eletrólito dentro da camada do revestimento e prolongar a vida útil do eletrodo. Nesse contexto, espera-se obter resultados promissores nos ensaios de degradação de soluções contaminadas por cafeína.
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio financeiro do Instituto Federal do Sertão Pernambucano e a infraestrutura da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, especialmente ao laboratório LEAA.
Referências
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