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Remoção de cafeína por adsorção em carvão ativado

Resumo: A cafeína é uma das drogas lícitas mais utilizadas em todo o mundo, estando presente em alimentos, bebidas e medicamentos. O alto consumo reflete em altas concentrações deste composto em diversas matrizes ambientais, já que este não é completamente removido pelas etapas de processo convencionais das estações de tratamento. Assim, é de grande interesse o estudo de técnicas eficazes para eliminar este composto do meio ambiente. A adsorção utilizando carvão ativado tem se mostrado uma boa alternativa de tratamento, sendo obtidas elevadas eficiências de remoção. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo estudar a remoção da cafeína por adsorção utilizando carvão ativado. Para isso, foram realizados ensaios de adsorção objetivando encontrar as condições mais adequadas de processo considerando os parâmetros de pH, tempo de residência e concentração de sólido adsorvente. Os melhores resultados dos ensaios de adsorção foram obtidos em pH 6, tempo de residência de 50 min e 10 g L-1 de sólido adsorvente onde foi possível atingir 99% de remoção. Ainda, isotermas de equilíbrio para este sistema foram construídas. Foram avaliados os modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich, sendo que a isoterma de Langmuir representou melhor o sistema. Os valores obtidos para qmáx e KL foram 31,94 mg g -1 e 0,1464 L mg-1 , respectivamente. O método proposto se mostrou eficiente e de baixo custo para a remoção de cafeína.

Introdução: A presença de compostos farmacêuticos em diversas matrizes ambientais como águas superficiais e subterrâneas, efluentes domiciliares e hospitalares e em água potável, é evidenciada por pesquisadores do mundo inteiro (CARBALLA et al., 2004, SODRÉ et al., 2007, VERLICCHI et al., 2012, PESSOA et al., 2014, KOSMA et al., 2014). Estes compostos são consumidos por seres humanos e animais e são absorvidos incompletamente pelo organismo, sendo excretados pela urina ou fezes. Assim, a entrada no meio ambiente ocorre de forma contínua. Entre estes compostos, a cafeína é uma das drogas lícitas mais utilizadas em todo o mundo, estando presente em alimentos, bebidas e medicamentos (TROVO et al., 2013;. MARQUES et al., 2013;. QI et al., 2013; ZARRELLI et al., 2014). Estudos indicam a presença da cafeína associada a uma série de medicamentos, como ibuprofeno, napronexo, diclofenaco, gemfibrozil, bezafibrato, ácido clofíbrico, trimetoprima, sulfametoxazol, carbamazepina, triclosan e sinvastatina (OLIVEIRA et al., 2015, KOSMA et al., 2014). Ainda, este composto atua como um indicador de contaminação fecal (Daneshvar et al., 2012). Assim, a detecção desta substância indica a contaminação de uma matriz ambiental e a presença de outros compostos farmacêuticos. Uma pesquisa realizada pelo Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas (INCTAA, 2013), sediada no Instituto de Química da UNICAMP, revelou altas concentrações de cafeína presente na água potável. Porto Alegre foi a capital que apresentou a maior concentração média, 2257 ngL-1 , indicando que as estações de tratamento convencionais não são eficientes para a completa remoção deste composto (CARBALLA et al., 2004, OPPENHEIMER et al., 2007, TERZIC et al., 2008). Assim, é de extrema importância o estudo de técnicas de tratamento eficazes para a eliminação de compostos recalcitrantes. Dentre as técnicas utilizadas para tratamento, os processos de adsorção utilizando carvão ativado (pó ou granular) tem mostrado um grande potencial na remoção de compostos farmacêuticos, principalmente para componentes apolares (VERLICCHI et al., 2010). A adsorção utilizando carvão ativado é adequada devido à elevada área superficial e a combinação entre sua estrutura porosa e propriedades químicas da superfície. Além disso, apresenta a vantagem da matéria prima ser facilmente adquirida. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho consiste em estudar a remoção de cafeína de soluções aquosas por adsorção utilizando carvão ativado. Para atingir o objetivo geral, avaliou-se o efeito do pH, tempo de residência e concentração do sólido adsorvente (carvão ativado). Os modelos de Langmuir e Freundlich foram analisados para ajustar os dados experimentais e explicar os mecanismos de adsorção.

Autores: Luciane Luiza François; Nathalia Krummenauer Haro; Fernanda Siqueira Souza e Liliana Amaral Féris.

Leia o estudo completo: remocao-de-cafeina-por-adsorcao-em-carvao-ativado