ÁREA
Química Ambiental
Autores
Silva, F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Neves, N.S.C.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Santana, I.L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Cavalcanti, V.O.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, M.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Santos, A.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ourem, G.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, M.N.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Honorato, F.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
A degradação da mistura dos fármacos lamivudina e zidovudina ocorreu via processo foto-Fenton heterogêneo, utilizando pirita como catalisador e radiação solar artificial. A avaliação se deu por meio do planejamento fatorial 22 através das variáveis concentração do agente oxidante e massa do catalisador. Foi possível observar nos resultados que todos os efeitos principais foram significativos para o processo, assim como a interação entre massa da pirita e a concentração de peróxido de hidrogênio. Nas melhores condições foi obtida uma degradação de 73,97% em 120 min, demonstrando a eficiência do processo aplicado.
Palavras Chaves
Antirretrovirais; Pirita; POA
Introdução
Aliado ao crescimento populacional, o progresso industrial tem contribuído para o desenvolvimento e o crescimento do consumo de diferentes substâncias químicas (KOBA et al 2018). Esses poluentes entram em contato com meio ambiente por meio do descarte de resíduos através dos efluentes industriais, escoamento agrícola, canais de drenagem, lixiviados em aterros e pela deposição atmosférica (KUMAR et al 2022). Esses contaminantes tóxicos são chamados de poluentes orgânicos persistentes (POP). Os POP podem causar problemas ecológicos e de saúde nos seres vivos devido sua natureza bioacumulativa, resistência química e longa persistência (FEI et al 2022). Eles podem ser compostos de origem natural ou sintética, como produtos farmacêuticos, químicos, aditivos alimentares, pesticidas, herbicidas e de higiene pessoal (VIEIRA et al 2021). Dentre os POP citados, destacam- se os produtos farmacêuticos, que em consequência do seu uso crescente conduz ao aumento da presença desses compostos em matrizes ambientais (ERYILDIZ; GUL; KOYUNCU, 2022). Os medicamentos são comuns em águas residuais advindas das indústrias, bem como de efluentes domésticos e hospitalares, visto que grande parte dos fármacos são excretados via urina e/ou fezes em sua forma bioativa original (REDDY et al 2021). Os fármacos são classificados de acordo com seu emprego e propriedades (LI et al 2022), como os medicamentos antirretrovirais (ARV). Os ARV são medicamentos que tratam de infecções retrovirais, em especial o vírus da imunodeficiência humana tipo 1 (HIV) (ERYILDIZ; GUL; KOYUNCU, 2022). Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), 28,2 milhões de pessoas fazem uso do ARV e requer tratamento ao longo da vida (SERAG et al 2022). Como consequência, observa-se concentrações elevadas desses fármacos em matrizes aquáticas, como relatam Yao et al. (2021), Boulard, Dierkes, Ternes (2018), Abafe et al. (2018). Dessa forma, existe a necessidade de proteção ao ambiente natural e ao estabelecimento de métodos eficazes de tratamento desses contaminantes. Dentre as técnicas, destaca-se os processos oxidativos avançados (POA). Eles são considerados eficazes na degradação de POP recalcitrantes devido sua capacidade de gerar espécies reativas apropriadas para quebrar poluentes orgânicos (OJO; AROTIBA; MABUBA, 2022). Os POA são classificados quanto ao uso de fonte luminosa ou não, e quanto a fase reativa, homogênea e heterogênea. Os processos heterogêneos do tipo Fenton, substituem o Fe2+ no reagente de Fenton por um catalisador sólido (MUNOZ et al 2015), como a pirita (FeS2), um mineral de sulfeto que pode ser encontrado de forma abundante, além de estudos demonstrarem um alto desempenho catalítico, facilitando as reações de POA (SONG et al 2022; KANTAR; ORAL; OZ, 2019). O objetivo do presente estudo foi promover a degradação da mistura dos fármacos ARV, lamivudina e zidovudina, em matriz aquosa, utilizando pirita como catalisador e obter a melhor condição de trabalho por meio de um planejamento fatorial.
Material e métodos
Ao longo do estudo foram preparadas soluções estoque dos fármacos lamivudina (Lote: 17933) e zidovudina (Lote: 17925), cedidos pelo Laboratório Farmacêutico do Estado de Pernambuco (LAFEPE), empregando uma mistura de água ultrapura e metanol (9:1 v/v), em seguida realizou-se uma diluição a uma concentração de 15 mg∙L-1. Inicialmente, foi realizada uma varredura espectral utilizando o espectrofotômetro de absorção molecular na região UV/Vis (Thermo Scientific, modelo Genesys) nos comprimentos de onda entre 200 e 300 nm para determinação do λ de máxima absorbância. Em seguida, a metodologia foi validada conforme trabalho publicado por Silva et al. (2023). Logo após, verificou-se se havia contributo adsortivo do catalisador. Assim, a solução contendo a mistura dos fármacos foi mantida em contato com a pirita durante 30 min em ausência de luz, sem adição dos demais reagentes. Posteriormente, foram feitos ensaios fotólise e da fotoperoxidação, assim como ensaios preliminares com base no trabalho descrito por Lucena et al. (2022) em que foi utilizado 600 mg∙L-1 de peróxido de hidrogênio, H2O2, 0,05 g de pirita para volume de 100 mL, variando apenas o pH da solução, durante 60 min. Com base nos resultados dos ensaios preliminares, afim de obter as melhores condições de degradação da mistura dos fármacos, realizou-se um planejamento fatorial (PF) 22 + ponto central (triplicata), totalizando 7 experimentos. Foram avaliadas as variáveis como concentração do agente oxidante ([H2O2]) e massa do catalisador (mpirita), fixando o pH entre 3 e 4 e tempo de exposição de 120 min, conforme apresentado na Figura 1. Figura 1 – Matriz do planejamento fatorial + ponto central (triplicata). Todos os ensaios foram conduzidos em reator de bancada com lâmpada solar artificial (300 W, Osram) revestido com folha de alumínio, de acordo com Moura et al. (2021). Todas as amostras foram quantificadas antes e após o tratamento via POA por meio de espectrofotômetro de UV/Vis. A eficiência do tratamento foi determinada com base no percentual de degradação. Os dados estatísticos foram tratados com auxílio do Statistica 10.0 para a construção e da carta de Pareto e conseguinte determinação dos efeitos significativos.
Resultado e discussão
Primeiramente, foram realizados ensaios do contributo adsortivo utilizando o
catalisador. Após 30 min não foi verificada remoção dos contaminantes. Nos
ensaios envolvendo os processos de fotólise e fotoperoxidação não houve
degradação dos fármacos. Dessa forma, percebe-se que o uso isolado de radiação
ou combinada apenas com o agente oxidante não é capaz de promover a degradação
dos fármacos em questão.
No entanto, para o processo foto-Fenton foi possível observar uma degradação ao
fazer uso de um pH da solução entre 3 e 4, alcançando 60% de eficiência após 60
min. Portanto, pode-se afirmar que os resultados são favoráveis ao fazer uso de
um catalisador a base de ferro. Com o objetivo de melhorar o desempenho e
verificar os efeitos principais e as possíveis interações significativas,
empregou-se o PF descrito na Figura 1. De posse dos resultados obtidos pelos
ensaios foram geradas cartas de Pareto, com nível de confiança de 95% (Figura
2a) e a superfície de resposta gerada (Figura 2b).
Figura 2 – a) Carta de Pareto associado ao planejamento fatorial – erro puro
igual a 0,25; b) Gráfico da superfície de resposta.
Analisando a Figura 2 a), observa-se que todos os efeitos principais ultrapassam
a linha tracejada (p), portanto todos os efeitos principais e o de interação são
significativos ao processo no nível de confiança estudado. Assim, faz-se
necessário avaliar de forma conjunta as variáveis em estudo e como elas
influenciam a variável resposta.
Na Figura 2 b) é possível, por meio do gráfico de superfície verificar que o
maior percentual de degradação ocorreu utilizando o maior nível de
[H2O2] e o menor nível de mpirita, que
correspondem a 600 mg∙L-1 e 0,05 g, respectivamente. Para estas
condições foi possível obter 73,97% de degradação da mistura dos fármacos
lamivudina e zidovudina em solução aquosa.
Comportamento semelhante foi obtido por Santos et al. (2020) que
promoveram a degradação dos fármacos cetoprofeno, meloxicam e tenoxicam via
processo foto-Fenton utilizando radiação solar artificial. No estudo notou-se no
gráfico de superfície de resposta que o aumento do agente oxidante
([H2O2]) promoveu uma maior eficiência do sistema, em
contra partida, ao elevar o catalisador (Fe), foi notado uma inibição catalítica
do tratamento.
Matriz do planejamento fatorial + ponto central \r\n(triplicata).
a) Carta de Pareto associado ao planejamento \r\nfatorial – erro puro igual a 0,25; b) Gráfico da \r\nsuperfície de resposta.
Conclusões
Diante do exposto, pode-se afirmar que apenas o uso de radiação isolada ou combinada com o agente oxidante não é suficiente para degradar da mistura dos fármacos lamivudina e zidovudina, sendo necessário a aplicação de um catalisador. Notou-se que a pirita utilizada não apresentou contributo adsortivo, não ocorrendo remoção dos contaminantes. Constatou-se que processo foto-Fenton heterogêneo se mostrou eficiente no tratamento da mistura dos fármacos em estudo utilizando pirita como catalisador e radiação solar artificial, alcançando 60% em 60 min nos ensaios preliminares. A partir do planejamento fatorial empregado foi definido as melhores condições de trabalho, atingindo percentuais de degradação superiores a 73%.
Agradecimentos
À Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia de PE (FACEPE) pela concessão de bolsa, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnologia (CNPq), FACEPE APQ 0947-3.06/22, FADE/UFPE e ao LAFEPE.
Referências
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