ÁREA
Química Ambiental
Autores
Silva, M.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Santana, I.L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Guedes, G.A.J.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Cavalcanti, V.O.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ourem, G.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Vinhas, G.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
O crescimento de poluentes nos ambientes aquáticos, como os fármacos, tem despertado interesse por tratamentos de efluentes mais eficientes como os processos adsortivos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção do fármaco metformina (MT) em solução aquosa utilizando adsorventes obtidos da casca de amendoim (in natura (IN) e ativado quimicamente (AT)). Inicialmente, verificou-se que o AT apresentou capacidade adsortiva (q) 5 vezes maior que o IN. Em seguida, constatou-se que o pH inicial da solução igual a 5 e a velocidade de agitação de 50 rpm forneceu maior q. Por fim, foi observado que a melhor relação massa de AT e volume de solução foi de 2 g.L-1, com 100% de remoção em 60 min. Comprovando assim, o potencial do AT para a remoção da MT de meios aquosos.
Palavras Chaves
Antidiabético; tratamento de efluente; resíduos agrícolas
Introdução
Os fármacos e seus derivados, como os metabólitos e os produtos de degradação, estão sendo cada vez mais detectados nas águas residuais, assim como nos corpos hídricos em diversas localizações no mundo (LABUTO et al. 2022). A presença desses compostos no meio ambiente pode causar vários efeitos negativos para a saúde humana e para a biota aquática, uma vez que a sua maioria é considerada ambientalmente bioacumulativo e persistente (STREIT et al. 2021). A metformina é um exemplo de fármaco que é amplamente utilizado contra diabetes e que, por consequência, é encontrado em abundância nos efluentes farmacêuticos e esgotos sanitários (BALASUBRAMANI; SIVARAJASEKAR; NAUSHAD, 2020). Além do aumento considerável do consumo de fármacos, a baixa eficiência dos processos convencionais de tratamento de efluentes, para remoção desses compostos, contribui significativamente para o aumento da concentração deles nos recursos hídricos (AHMAD, 2023). Como alternativa para resolução dessa problemática, os processos adsortivos têm sido amplamente empregados, uma vez que podem apresentar vantagens como fácil operação, design simples, alta eficiência de remoção e diversidade de fontes de material precursor para preparação de adsorventes (SHIN et al. 2020). Dentre os recursos disponíveis para o desenvolvimento de adsorventes, destacam- se os resíduos agrícolas que são de origem renovável, largamente produzidos e descartados em todo o mundo (AHMAD, 2023). Como exemplo desses adsorventes, tem- se os desenvolvidos a partir de espigas de milho, casca de palmeira, casca de amendoim, resíduos de cereais e café, bem como de cascas e caroços de frutas (TOKULA et al. 2023; ARTHI et al. 2021). Diante do exposto, o objetivo do presente trabalho foi estudar as condições operacionais para o processo de adsorção do fármaco metformina em solução aquosa, empregando adsorventes produzidos a partir da casca do amendoim.
Material e métodos
O fármaco utilizado nesse estudo foi o antidiabético metformina (Lote: 19L09- B002-056467) da farmácia Globo de manipulação, o qual foi identificado e quantificado por espectrofotômetro de ultravioleta/visível (UV/Vis) da Thermoscientific. Desse modo, foi realizada uma varredura espectral de 200 a 450 nm para identificar o seu comprimento de onda (λ) característico. Além disso, analisou-se os espectros da solução do fármaco em diferentes pH (3, 5 e 8) a fim de se verificar o comportamento da intensidade e da posição do pico característico nessas condições. Uma vez identificado o λ do fármaco, construiu- se uma curva analítica em uma faixa linear para sua quantificação antes e após o tratamento. Inicialmente, preparou-se os adsorventes, derivados da casca de amendoim, in natura (IN) e carvão ativado (AT). Para a preparação do primeiro, as cascas de amendoim, obtidas em estabelecimentos comerciais, foram lavados em água destiladas, cortados manualmente e secos em estufa a 105°C por 24 h. Posteriormente, o material foi triturado em moinho de facas (Marca CIENLAB, CED- 430), até uma granulometria <0,15 mm, lavados com água destilada por sucessivas imersões e secos em estufa a 60°C por 24 h. Para a produção do segundo adsorvente, ativou-se quimicamente 20 g do IN com ácido fosfórico (H3PO4, Vetec, 85%) na proporção de 5:3 (p/V), sendo homogeneizado manualmente em material refratário. Em seguida, o material acidificado foi colocado em mufla (Quimis) com rampa de aquecimento de 10°C·min- 1, a 100°C por 30 min., 200°C por 1 h e 350°C por 1 h. Por fim, ao atingir a temperatura ambiente, lavou-se o carvão ativado por imersão em solução de NaHCO3 1% (FMaia) até atingir uma faixa de pH entre 6 e 7, seguido de lavagem com água destilada, e secagem em estufa a 105°C por 24 h. Em seguida, visando selecionar o adsorvente foram realizados ensaios para quantificar a capacidade adsortiva (q) e o percentual de remoção de cada material para adsorção do fármaco metformina presente na solução aquosa na concentração de 30 mg·L-1. Para tal, adicionou-se 0,05 g de adsorvente (IN ou AT) em 25 mL da solução no pH igual a 5, sob agitação em incubadora shaker (SPlabor, SP-223) a 100 rpm, por 60 min. Após a seleção do adsorvente, seguiu-se para o estudo da influência do pH inicial da solução na eficiência de remoção da metformina. Para isso, o pH da solução de fármaco foi ajustado para 3, 5 e 8 nas mesmas condições do estudo preliminar. Em seguida, avaliou-se a influência da velocidade de agitação (0, 50, 100 e 150 rpm) sobre o processo adsortivo, mantendo-se as demais condições experimentais. Por fim, verificou-se a melhor relação entre a massa de adsorvente e o volume da solução do adsorvato (M·V-1). Nesse estudo, a relação M·V-1 foi variada em 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 e 16,0 g·L-1, empregando pH e velocidade de agitação determinados nos estudos anteriores, durante 60 min.
Resultado e discussão
Os espectros obtidos a partir da varredura espectral da solução de metformina,
em diferentes pH, estão apresentados na Figura 1.
Pode ser observado na Figura 1 que o λ de 233 nm apresenta a maior intensidade
para as soluções do fármaco, cujo resultado é semelhante ao encontrado no
trabalho de Patil et al. (2019). Além disso, é possível verificar que a
variação do pH para a solução inicial da metformina não promoveu o deslocamento
do λ característico, demonstrando-se, assim, a confiabilidade da quantificação
do contaminante em qualquer um dos pHs avaliados.
Os dados obtidos para capacidade adsortiva e percentual de remoção nos estudos
realizados, para seleção do adsorvente, determinação do pH inicial da solução e
velocidade de agitação, estão apresentados na Figura 2 a). De posse das melhores
condições experimentais definidas, seguiu-se para o estudo da relação
M·V-1, cujo resultado está apresentado na Figura 2 b).
A partir da Figura 2 a), observa-se que o carvão AT apresentou uma capacidade
adsortiva cinco vezes maior que o adsorvente in natura. Esse resultado
possivelmente está relacionado ao maior número de poros disponíveis bem como a
presença de grupos oxigenados, no carvão AT, após o processo de ativação
química. Vasiraja, Prabhahar e Joshua (2023) também verificaram que o adsorvente
obtido da planta Prosopis Juliflora Stem, ativado quimicamente,
apresentou melhor eficiência de remoção para moléculas orgânicas quando
comparado ao in natura.
É possível observar, na Figura 2 a), que os pH iniciais das soluções 5 e 8 foram
os que mais beneficiaram a adsorção da metformina. Assim, seguiu-se os
experimentos utilizando o pH igual a 5, uma vez que é o pH natural da solução
desse fármaco, dispensando-se a etapa do ajuste dessa variável. Ademais, segundo
a Resolução N° 430/11 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) os limites
de lançamento em relação ao pH estão entre 5 e 9.
Os resultados do estudo da velocidade de agitação, Figura 2 a), demonstraram que
não houve diferença significativa entre as capacidades adsortivas, bom como para
os percentuais de remoção, para os níveis avaliados. Entretanto, observou-se que
o sistema sem agitação apresentou um desvio padrão maior em relação aos
experimentos realizados com agitação. Desta forma, selecionou-se a menor
velocidade de agitação (50 rpm), uma vez que esta demanda um menor gasto de
energia quando comparada as demais velocidades.
A partir da Figura 2 b), é possível observar que a eficiência de remoção da
metformina passou de 62,57 para 100,00% a medida em que se aumentou a massa de
adsorvente de 0,5 para 2,0 g·L-1, permanecendo estável a partir deste
ponto. Esse comportamento se deve ao fato da maior dosagem de adsorvente
apresentar uma maior disponibilidade de sítios ativos para adsorção (NIAEI;
ROSTAMIZADEH, 2020). Portanto, a relação M·V-1 igual a 2
g.L-1 foi a selecionada para estudos futuros, sendo assim
desnecessário um maior gasto de carvão AT para remover o fármaco nas condições
estudadas.
Espectros de UV/Vis da solução de metformina em \r\ndiferentes pH.
Condições operacionais: a) seleção do adsorvente, \r\nefeito do pH da solução e da velocidade de agitação \r\ne b) influência da relação M·V[sup]-1[/sup].
Conclusões
Diante do exposto, conclui-se que o adsorvente obtido a partir da casca de amendoim, ativado quimicamente (carvão AT), tem potencial para o tratamento de águas residuais contendo o fármaco metformina. Ademais, dentre os parâmetros estudados, foi possível observar que a capacidade adsortiva do material não foi influenciada pela velocidade de agitação dos sistemas, mas foi beneficiada em pH ≥ 5. Por fim, verificou-se que a melhor relação massa de adsorvente e volume de solução de adsorvato foi a de 2 g.L-1. Estas condições serão utilizadas em trabalhos futuros para avalição da evolução cinética e de equilíbrio de adsorção.
Agradecimentos
Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de PE (FACEPE), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), CAPES, FADE/UFPE.
Referências
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