ÁREA
Química Ambiental
Autores
Ourem, G.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Santana, I.L.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, M.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Cavalcanti, V.O.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, F.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Neves, N.S.C.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Duarte, M.M.M.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Napoleão, D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)
RESUMO
O crescimento no consumo de medicamentos promove o aumento de fármacos encontrados no meio ambiente, os quais geram um risco a população humana e ecológica. Desse modo, é necessária a aplicação de métodos de tratamento mais eficientes, como os processos oxidativos avançado. Dentre os tipos, o processo eletro-Fenton (EF), destaca-se devido a facilidade operacional e regeneração do íon Fe3+. Assim, este trabalho avaliou a eficiência do EF na degradação do fármaco metformina, empregando eletrodo de grafite com magnetita (cuja síntese se mostrou adequada pela análise de DRX) como ânodo, para diferentes eletrólitos. Dentre os eletrólitos utilizados o NaCl promoveu o maior percentual de degradação a uma concentração de 0,05 mol•L-1.
Palavras Chaves
POA; Fármaco; Degradação
Introdução
Um grande aumento no consumo de medicamentos foi constatado na última década devido a fatores como crescimento populacional, envelhecimento e descoberta de novos princípios ativos (MONTEIL et al. 2019). Desse modo, a tendência é o aumento da detecção desse tipo de contaminante no meio ambiente. Além disso, existem diversas fontes de inserção do poluente no meio ambiente como, por exemplo, o manejo inadequado em hospitais, resíduos gerados pelas indústrias farmacêuticas e excretas de animais (HAJIAHMADI; ZAREI; KHATAEE, 2022). Diante disso, a presença de fármacos no meio ambiente é preocupante, visto que são compostos nocivos a biota aquática, podendo causar um desequilíbrio ecológico (QUANG et al. 2022). Portanto, métodos de tratamento eficiente devem ser aplicados para degradar poluentes orgânicos persistentes. Os processos oxidativos avançados (POA) são técnicas de tratamento alternativas para contaminantes persistentes. Dentre os POA, destacam-se os processos eletroquímicos como o eletro-Fenton. Este é considerado de fácil aplicabilidade, alta eficiência, dispensabilidade da adição externa de reagentes químicos, como por exemplo o peróxido de hidrogênio (MONTEIL et al. 2019). Ademais, este tipo de POA merece destaque devido a regeneração contínua de íons Fe3+, reduzindo a quantidade de ferro utilizada no processo (HAJIAHMADI; ZAREI; KHATAEE, 2022). Vale salientar que o eletrodo é um parâmetro operacional importante, pois determina a eficiência do tratamento devido a sua atividade eletrocatalítica e a capacidade de geração de espécies envolvidas (DU et al. 2021). Dessa forma, é importante estudar a melhoria dos eletrodos a partir de impregnação de outros materiais catalíticos (QI; SUN; SUN, 2021). Diante disso, o objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência do processo eletro-Fenton na degradação do fármaco cloridrato de metformina, empregando eletrodo modificado com magnetita como ânodo, frente a diferentes eletrólitos, bem como sua concentração.
Material e métodos
O fármaco escolhido para o estudo foi o cloridrato de metformina um antidiabético, cujo princípio ativo foi adquirido na farmácia Globo de Manipulação (Lote: 19L09-B002-056467). O acompanhamento do contaminante foi realizado via espectrofotometria de ultravioleta/visível, empregando equipamento da Thermoscientific (Modelo Genesys). Para determinação de comprimento de onda característico (λ) foi realizada uma varredura espectral de 200 a 450 nm em pH natural (5). Neste λ foi construída curva analítica na faixa linear de 1 a 15 mg•L-1. Para os ensaios de degradação foi utilizada solução aquosa de metformina a uma concentração de 10 mg•L-1. 200 mL desta solução foram dispostos em béqueres de 250 mL, durante 60 min. Os eletrodos empregados foram grafite e grafite impregnado com magnetita como cátodo e ânodo, nesta ordem. Estes foram colocados distando 3 cm entre eles e imergidos a uma altura de 2 cm na solução trabalho. Além disso, foram testados diferentes eletrólitos: NaNO3 e NaCl, ambos a uma concentração de 0,1 mol•L-1. Após definição do melhor eletrólito, foi avaliada a eficiência do processo frente a diferentes concentrações dos eletrólitos, sendo estas 0,075; 0,050 e 0,025 mol•L-1. Vale salientar que o sistema foi alimentado por uma fonte ajustável (Modelo OS-6000), utilizando uma voltagem de 10 V. A magnetita utilizada na impregnação do eletrodo de grafite foi sintetizada a partir da mistura de cloreto férrico hexahidrado (FeCl3‧ 6H2O) (1 mol•L-1) e sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4‧7H2O) (2 mol•L-1, preparado em HCl (2 mol•L-1), na proporção de 4:1. A mistura das soluções de ferro foi transferida para a solução de hidróxido de amônio (NH4OH) 30% sob agitação em uma temperatura de 60° C durante 10 min. O material sintetizado foi caracterizado pela técnica de difração de raio X (DRX), realizada em laboratórios parceiros, utilizando um difratômetro de raios X (BRUKER D2- PHASER), com radiação Cu kα, comprimento de onda de 0.15406 nm, passo angular de 0.5° e faixa angular entre 10 a 80° (2θ). A velocidade de varredura foi de 1,2°∙min-1.
Resultado e discussão
Com intuito de verificar a estrutura cristalina do material sintetizado para
comprovar a formação do óxido (Fe3O4), foi empregada a
técnica de DRX, estando o difratograma apresentado na Figura 1.
Diante do difratograma disposto na Figura 1, nota-se que as picos do material
sintetizado está em concordância com a ficha catalográfica publicada e
disponibilizada pela Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). Sendo assim, é
possível constatar que a metodologia utilizada para a síntese da magnetita foi
adequada.
A partir da identificação do fármaco cloridrato de metformina em pH natural
diante do espectro de absorção, observou-se um pico de máxima absorbância em 233
nm. Resultado análogo foi observado por Patil et al. (2019). Neste λ, foi
construída a curva analítica utilizada para realizar a quantificação do fármaco
antes e após o tratamento via POA.
A presença e natureza dos eletrólito é um fator importante para o processo
eletroquímico, já que auxilia na passagem da corrente na solução (YASEEN;
SCHOLZ, 2019). Diante disso, foram realizados ensaios de degradação, empregando
NaNO3 e NaCl, ambos a 0,1 mol•L-1, como eletrólito. Para
tal, foram obtidos percentuais de degradação do fármaco de 15% e 84%,
respectivamente. Diante dos resultados, nota-se que o eletrólito clorado
favorece a degradação do fármaco em estudo. Isto pode estar relacionado a
geração de espécies ativas de cloro que agem como oxidante, as quais são
produzidas a partir da oxidação do íon cloreto (TITCHOU et al. 2021).
Dessa forma, o NaCl foi o eletrólito escolhido para seguir os estudos.
De posse do melhor eletrólito, foi avaliada a eficiência do tratamento do
contaminante a partir da variação de concentração do NaCl. Os resultados
obtidos, estão apresentados na Tabela 1.
Diante dos dados apresentados na Tabela 1, observa-se que apenas a menor
concentração estudada apresentou diferença significativa quando comparada as
demais concentrações. Desse modo, fica evidenciado que pode existir uma
concentração limite para que o processo continue sendo eficiente para o
tratamento do fármaco. Além disso, pode-se afirmar que é possível utilizar
concentrações menores do eletrólito, tendo em vista o custo operacional do
tratamento proposto.
A partir do estudo realizado, é possível perceber que o processo eletro-Fenton
apresenta potencial de tratamento para fármacos, empregando eletrodo de grafite
impregnado com magnetita e NaCl como eletrólito.
Difratograma de raios-X para a magnetita utilizada \r\nno eletrodo de grafite-magnetita
Resultado da degradação da metformina empregando \r\nNaCl como eletrólito
Conclusões
Diante do estudo realizado é possível concluir que o processo eletro-Fenton é um tipo de tratamento aplicável ao fármaco em questão. Os resultados obtidos mostram que impregnar o eletrodo de grafite com magnetita favoreceu o tratamento, podendo ser este utilizado na degradação de compostos farmacêuticos. Além disso, pode-se afirmar que o uso de um eletrólito clorado (NaCl) conduziu a um maior percentual de degradação do contaminante devido a geração de espécies ativas no sistema.
Agradecimentos
PIBIC/UFPE, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnologia de (CNPq), FACEPE (APQ 0947-3.06/22), FADE/UFPE.
Referências
YASEEN, D. A.; SCHOLZ, M. Textile dye wastewater characteristics and constituents of synthetic effluents: a critical review. International journal of environmental science and technology. v. 16, n. 2, p. 1193-1226, 2019.
TITCHOU, F. E.; ZAZOU, H.; AFANGA, H.; EL GAAYDA, J.; AKBOUR, R. A.; HAMDANI, M.; OTURAN, M. A. Electro-Fenton process for the removal of Direct Red 23 using BDD anode in chloride and sulfate media. Journal of Electroanalytical Chemistry. v. 897, p. 115560, 2021.
PATIL, D.; BHARAMBE, S.; V.; DUGAJE, T.; R.; KSHIRSAGAR, S. Spectrophotometric simultaneous determination of Empagliflozin and Metformin in combined tablet dosage form by absorbance corrected method, area under curve method, and dual wavelength spectrophotometry. Asian Journal of Research in Chemistry. v.12 p.94-98, 2019.
QUANG, H. H. P.; DINH, N. T.; THI, T. N. T.; BAO, L. T. N.; YUVAKKUMAR, R.; NGUYEN, V. H. Fe2+, Fe3+, Co2+ as highly efficient cocatalysts in the homogeneous electro-Fenton process for enhanced treatment of real pharmaceutical wastewater. Journal of Water Process Engineering. v.46, 102635, 2022.
HAJIAHMADI, M.; ZAREI, M.; KHATAEE, A. An effective natural mineral-catalyzed heterogeneous electro-Fenton method for degradation of an antineoplastic drug: Modeling by a neural network. Chemosphere. v.291, 132810, 2022.
DU, X.; OTURAN, M. A.; ZHOU, M.; BELKESSA, N.; SU, P.; CAI, J.; TRELLU, C.; MOUSSET, E. Nanostructured electrodes for electrocatalytic advanced oxidation processes: From materials preparation to mechanisms understanding and wastewater treatment applications. Applied Catalysis B: Environmental. v.296, 120332, 2021.
QI, H.; SUN, X.; SUN, Z. Porous graphite felt electrode with catalytic defects for enhanced degradation of pollutants by electro-Fenton process. Chemical Engineering Journal. v.403, 126270, 2021.
