Resumo
A presença de compostos farmacêuticos, mesmo que em baixas concentrações, em efluentes domésticos e hospitalares e em corpos d’água, tem sido relatada por diferentes autores. Neste estudo, a amoxicilina e a cafeína foram as substâncias escolhidas para se investigar a variação da taxa de adsorção de fármacos em um adsorvente comercial, em função do tempo de contato de adsorvente-adsorvato e da dosagem do adsorvente. Os adsorventes utilizados foram carvão ativado granulado (CAG) e em pó (CAP). Os experimentos foram realizados utilizando-se soluções preparadas a partir de amostras de amoxicilina e cafeína de pureza analítica, nas concentrações iniciais de 8,8 ppm e 10,3 ppm, respectivamente. As dosagens dos adsorventes CAG e CAP foram 0,5, 1 e 2 g.L-1 e o tempo de contato adsorvato-adsorvente foram 10, 20, 30, 60 e 120 minutos. Os resultados obtidos indicaram efeito positivo do aumento do tempo de contato e da dosagem de adsorvente sobre o desempenho do processo de adsorção, independentemente do tipo de carvão ativado utilizado. A completa remoção de amoxicilina foi atingida utilizando-se 2 g.L-1 de CAP e tempo de contato de 120 minutos. O estudo conduzido com cafeína mostrou que houve remoção superior a 90% do fármaco em apenas 20 minutos de contato e aproximadamente 95% de remoção após 30 minutos, ambos com uso do CAP na dosagem de 1 g.L-1. O aumento do tempo de contato adsorvente-adsorvato, nestas condições e também na dosagem de 2 g.L-1, entretanto, não resultou em melhoria significativa em termos de remoção de cafeína, sugerindo que o equilíbrio químico foi atingido. A análise do comportamento das taxas de adsorção da amoxicilina e cafeína demonstraram que, de forma geral, houve uma queda acentuada da mesma ao longo do tempo de contato adsorvente-adsorvato. O CAP se mostrou sempre mais eficiente em relação CAG no processo de adsorção desse estudo.
Introdução
Os compostos farmacêuticos, classificados como contaminantes emergentes de origem antropogênica, têm sido encontrados, ainda que em baixas concentrações, em efluentes domésticos e hospitalares, bem como em corpos d’água superficiais (HIRSH et al, 1999). Estudos sobre os efeitos desses contaminantes sobre a saúde humana e de outros organismos a longo prazo têm despertado o interesse de pesquisadores e motivado a investigação de tecnologias eficientes para a remoção dessas substâncias do meio ambiente (KLAVARIOTI et al, 2009; FATTA et al., 2007).
A amoxicilina é uma penicilina semissintética, pertencente ao grupo dos antibióticos β-lactâmicos, com uso intenso na medicina humana e veterinária (VASCONCELOS, 2011). Embora a atividade biológica dos antibióticos iniba o crescimento de bactérias, estudos apontam que a presença do fármaco em baixas concentrações possibilita o desenvolvimento de linhagens resistentes a essas substâncias (TAMBOSI et al, 2010; COOPER et al, 2008; LONGHIN, 2008). A cafeína, por sua vez, é um alcaloide da família da metilxantina, comumente utilizada como estimulante (SOTELO et al., 2012), além de estar presente em grande quantidade em outros fármacos. Estudos indicam ainda que a cafeína seja também um importante marcador químico de contaminação fecal humana em cursos d’água (LINDEN et al, 2015).
Dentre os diversos processos de tratamentos existentes, a adsorção tem sido largamente utilizada para a remoção de diversos poluentes presentes na água, em especial aqueles que não são facilmente biodegradáveis, como os fármacos. O processo de adsorção é considerado uma operação de transferência de massa, uma vez que um constituinte, denominado adsorvato, é transferido da fase líquida para uma fase sólida (adsorvente). (TCHOBANOGLOUS et al, 2016). Ainda segundo os autores, os adsorventes a base de carvão são os mais utilizados para a adsorção de contaminantes em função do seu custo relativamente baixo e de sua elevada superfície específica, que resulta em alta capacidade de adsorção. Os autores estimam a superfície específica do CAG entre 700 e 1300 m2.g-1 e do CAP entre 800 e 1800 m2.g-1.
A capacidade de adsorção de um adsorvente (mg.g-1) pode ser estimada, via de regra, por meio da relação entre a quantidade de adsorvato removida (mg) e a massa de adsorvente utilizada (g) (MOUSSAVI et al, 2013; SILVA, 2012). A capacidade máxima de adsorção, neste caso, pode ser estimada quando se alcança as condições de equilíbrio.
A cinética de adsorção, por sua vez, descreve a velocidade com as quais as moléculas do adsorvato são adsorvidas pelo adsorvente. Esta velocidade depende das caracterı́sticas fı́sico-quı́micas do adsorvato (natureza do adsorvato, peso molecular, solubilidade), do adsorvente (natureza, estrutura dos poros) e da solução (pH, temperatura e concentração) (SILVA, 2012). A cinética de adsorção é de fundamental importância para o projeto de sistemas de tratamento, pois pode-se determinar o tempo de equilı́brio e a velocidade em que ocorre a adsorção.
Existem diversos modelos cinéticos que podem ser utilizados para descrever a adsorção do adsorvato em um adsorvente, sendo os modelos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem amplamente utilizados (MOUSSAVI et al, 2013; PUTRA et al, 2009). No entanto, de forma simplificada, a taxa de adsorção instantânea (em mg.g-1.h-1) pode ser estimada por meio da relação entre a quantidade de adsorvato adsorvido (em mg) pela quantidade de adsorvente utilizada (em g) em determinado tempo de contato (em h). Ortiz e colaboradores (2003) expressam essa mesma relação como a constante de velocidade de adsorção (em mg.g-1.min-1) ao investigarem a adsorção de compostos orgânicos em resíduos de magnetita.
O objetivo deste trabalho foi estudar a variação da taxa de adsorção para os fármacos amoxicilina e cafeína em carvão ativado granulado e em pó, em função do tempo de contato adsorvente-adsorvato e da dosagem de adsorvente, de forma a contribuir para a tomada de decisão sobre as condições operacionais ideais do processo de adsorção.
Autores: Paula Laranja Leal de Mattos Pereira; Marjore Martins dos Santos; Lizandra Broseghini Föeger; Paola Angélica Dias dos Santos e Raquel Machado Borges.
