Resumo
A cafeína é um poluente emergente, caracterizado por ser persistente e de difícil remoção através de tratamentos convencionais. Tal poluente pode ser encontrado em estações de tratamento de esgoto, em águas subterrâneas, em água potável e em solos. A literatura retrata que processos oxidativos avançados como Fenton e foto-Fenton são eficientes para a degradação de cafeína, visto que oxidam totalmente o composto. Tendo em vista tais considerações, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a eficiência de degradação e mineralização da cafeína por meio dos processos oxidativos avançados Fenton e foto-Fenton em escala laboratorial. A análise da relação entre a degradação de cafeína e as concentrações iniciais dos reagentes Fenton (Fe2+e H2O2), a intensidade de radiação ultravioleta e o tempo de reação foi realizada através da aplicação de um planejamento de experimentos de metodologia de superfície de resposta. Os ensaios foram conduzidos em meio reacional ácido (pH = 3,0 +/- 0,1), temperatura ambiente, concentração inicial de cafeína de 20 mg.L-1 , e em condições variáveis dos reagentes Fenton (concentrações iniciais de Fe2+ de 2 mg.L-1 , 6,0 mg.L-1 e 10 mg.L-1; concentrações iniciais de H2O2 de 50 mg.L-1 , 325 mg.L-1 e 600 mg.L-1), da radiação UV (0 W, 48W e 96 W) e do tempo de reação (0, 30 e 60 minutos). Os resultados indicaram que o processo Fenton não é eficiente na remoção de cafeína (degradação de 9,3% e mineralização de 9,0%), diferentemente do processo foto-Fenton, no qual foi obtida a degradação de 85% e mineralização de 32%. A partir da metodologia de superfície de resposta, foi possível identificar que as melhores condições para realização do processo fotoFenton para degradação de 20 mg.L-1 de cafeína são altas concentrações de Fe2+ (10 mg.L-1), baixas concentrações de H2O2 (50 mg.L-1), aplicação de radiação UV de 96 W e tempo de reação de 30 minutos. A aplicação do processo oxidativo avançado foto-Fenton mostrou-se eficiente e promissora na degradação e mineralização de cafeína.
Introdução
O desenvolvimento de produtos oriundos de diversos setores da indústria tornou-se essencial para o aumento da qualidade de vida da população. Ocorre que, associada à geração de bens de consumo, está a geração de resíduos e efluentes com alto potencial de contaminação ao meio ambiente.
Nesse sentido, a presença de fármacos residuais em estações de tratamento de água (ETA) e esgoto (ETE) e em águas superficiais, por exemplo, surge como uma nova preocupação devido à possibilidade dessas substâncias serem prejudiciais à saúde humana, à saúde animal e ao meio ambiente, mesmo quando encontradas em baixas concentrações. Klavarioti et al. (2009) e Bila e Dezoli (2003) elencaram uma série de fármacos – tais como antibióticos (penicilina, ciprofloxacin, sulfametoxazol, entre outros), analgésicos e antinflamatórios (isoprofeno, diclofenaco, paracetamol, entre outros), antiepiléticos (carbamapezina), estimulantes (cafeína), cardiovasculares e endócrinos (estradiol, etinilestradiol) – encontrados em estações de tratamento de água e esgoto de vários países como Canadá, Alemanha, EUA e Brasil.
Os fármacos encontrados nos solos e em meios aquáticos são originários de descartes de indústrias farmacêuticas e agrícolas (o esterco animal muitas vezes é utilizado como fertilizante), de resíduos hospitalares e da excreção humana e animal. Segundo Mulroy (2001), de 50% a 90% da dosagem de um fármaco ingerido é excretada inalterada e persiste no meio ambiente.
Os possíveis efeitos dos fármacos em seres vivos e no meio ambiente foram objetos de estudo de Kolár et al. (2001), que avaliaram o desenvolvimento da resistência de bactérias utilizadas em antibióticos no meio ambiente; de Sumpter (1998), que descreve a feminização de peixes machos expostos a estrogênios lançados nos rios através dos efluentes de uma ETE; de Gagné et al. (2006), que evidenciaram anomalias no crescimento da concha de mexilhões expostos a um efluente de uma ETE com estrogênios.
De acordo com Bila e Dezoti (2003), a rota dos fármacos nas estações de tratamento e nos cursos d’água ainda não é totalmente conhecida, mas se sabe que, através de tratamentos convencionais, alguns fármacos podem ser biodegradados e mineralizados a gás carbônico e água ou podem sofrer algum processo metabólico e serem degradados parcialmente. Por outro lado, diversos outros fármacos podem ser persistentes no meio aquático, agindo como causadores de poluição ambiental.
A cafeína é amplamente utilizada em analgésicos, alimentos, suplementos e bebidas. Segundo Rosal et al. (2009) e Trovó et al. (2013), a cafeína caracteriza-se como um poluente persistente e é encontrada nos afluentes e efluentes de ETE e em amostras de água potável, sendo dificilmente degradada ou mineralizada através de processos convencionais. Diversos estudos realizados detectaram e quantificaram a concentração de cafeína em efluentes e cursos d’água, e estudos mais recentes apresentaram sua toxicidade avaliada em diferentes organismos (GAGNÉ et al., 2006; QUINN et al., 2008; CRUZ et al, 2015). Segundo Gagné et al. (2006), a cafeína pode ser considerada um poluente que confere risco baixo de toxicidade, dentro de uma escala de risco alto, baixo ou nenhum risco.
Nesse contexto, os processos oxidativos avançados (POA) apresentam-se como uma alternativa atraente para a degradação de poluentes orgânicos persistentes. Segundo Teixeira e Jardim (2004), os POA caracterizam-se por transformar contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e ânions inorgânicos por meio de reações de degradação que envolvem espécies transitórias oxidantes. O principal mecanismo desses processos é a geração de radicais hidroxila (•OH), que reagem de forma rápida e não seletiva com quase todos os compostos orgânicos (STASINAKIS, 2008). Dentre os POA propostos para a remoção de cafeína e outros poluentes persistentes presentes em matrizes aquosas, destaca-se a aplicação dos processos Fenton e foto-Fenton (KAVITHA e PALINIVELU, 2003; BABUPONNUSAMI e MUTHUKUMAR, 2012; KARCI et al. 2012).
Autora: Yáskara Matielli Posser.
