REMOÇÃO DE DICLOFENACO DE POTÁSSIO USANDO CARVÃO ATIVADO COMERCIAL COM ALTA ÁREA DE SUPERFÍCIE

Transcrição

1 REMOÇÃO DE DICLOFENACO DE POTÁSSIO USANDO CARVÃO ATIVADO COMERCIAL COM ALTA ÁREA DE SUPERFÍCIE J. F. de Oliveira; E. C. Peres; A. Sulkovski; E. L.Foletto Departamento de Engenharia Química Universidade Federal de Santa Maria, Av. Roraima, 1000 CEP: Santa Maria- RS Brasil. * RESUMO: Este trabalho teve como objetivo avaliar a remoção de diclofenaco de potássio usando um carvão ativado comercial com alta área de superfície. O material foi caracterizado por isotermas de adsorção-dessorção de N 2, e suas propriedades de poro foram determinadas. De acordo com os resultados de adsorção, o modelo cinético de pseudo-segunda ordem ajustouse melhor aos dados experimentais. A isoterma de equilíbrio de Freundlich apresentou o melhor ajuste. Uma capacidade máxima de adsorção de 83 mg g -1 foi obtida, indicando que o carvão usado nesse trabalho mostra-se como um promissor adsorvente para a remoção de diclofenaco de potássio, o qual pode ser atribuído a sua alta área de superfície (660 m 2 g -1 ). PALAVRAS-CHAVE: diclofenaco de potássio, adsorção, carvão ativado ABSTRACT: This work aimed to evaluate the removal of diclofenac potassium using a commercial activated carbon with high surface area. The material was characterized by adsorption-desorption isotherms of N 2, and its pore properties are determined. According to the adsorption results, the kinetic model of pseudo-second order was better fitted to the experimental data. The Freundlich equilibrium isotherm presented the best fit. A maximum adsorption capacity of 83 mg g -1 was obtained, indicating that the material used in this work consists in a promising adsorbent for the diclofenac potassium removal, which can be attributed to its high surface area (660 m 2 g -1 ). KEYWORDS: diclofenac potassium, adsorption, activated carbon 1. INTRODUÇÃO Cada vez mais, fármacos vêm sendo detectados em estações de tratamento de esgotos, águas superficiais e águas subterrâneas. Isso devese ao fato do maior consumo desses compostos tanto pela população como pelo setor industrial. A poluição de corpos d água com estes compostos, mesmo que encontrados em baixas concentrações, provocam alterações em ciclos biológicos e toxicidade (TAMBOSI, 2008). Desta forma, tornase de fundamental importância a remoção dos compostos fármacos antes do seu descarte ao meio ambiente. O diclofenaco (DCF) é um dos antiinflamatórios mais utilizados para alívio de dor e inflamação, principalmente em casos específicos como artrite reumatóide, osteoartrites, tendinites e dor pós-operatória (GOODMAN e GILMAN, 2006). Esse medicamento é encontrado em duas principais formas, o DCF sódico e o DCF potássico. Aproximadamente, 65 % da dose administrada é eliminada na urina (ALDER et al., 2006). Desta forma, torna-se de fundamental importância a remoção dos compostos fármacos antes do seu descarte ao meio ambiente. Entre as tecnologias que podem ser utilizadas para a remoção de poluentes orgânicos, destaca-se o processo de adsorção, que é um processo eficiente e de baixo custo (BARBOSA et al., 2018 ). Nesse contexto, esse trabalho visou testar um carvão ativado comercial como adsorvente na

2 remoção do poluente DCF potássico contido em um efluente líquido sintético. 2. METODOLOGIA 2.1. Materiais A amostra de carvão ativado usado nos ensaios de adsorção foi oriunda da AlphaCarbo Industrial Ltda. A amostra é passante por peneira 200 mesh. Para os ensaios de adsorção, foi utilizado diclofenaco de potássio (Fig. 1) adquirido na forma pura na Dermapelle Farmácia de Manipulação - Santa Maria/RS. Figura 1. Fórmula estrutural do diclofenaco de potássio 2.2. Caracterização das Amostras A amostra foi submetida a teste de adsorção-dessorção com nitrogênio a 77 K, usando um equipamento BET (ASAP 2020). A amostra foi previamente seca a 350 K e submetida à vácuo a fim de eliminar qualquer umidade Experimentos de Adsorção Os ensaios de adsorção foram realizados em volume de solução de 100 ml contendo diferentes concentrações iniciais de diclofenaco, 50 a 200 mg L -1. O efeito do ph da solução de 6.5 (ph natural da solução) a 9.5 foi investigado. ph abaixo de 6.0 não foi investigado, pois ocorre a precipitação do diclofenaco (Saucier et al., 2015). Adicionou-se 0,1 g de adsorvente na solução, sob agitação magnética a 25 o C, e agitou-se até atingir o equilíbrio de adsorção. Durante cada ensaio, alíquotas foram retiradas, centrifugadas, filtradas e suas absorbâncias foram lidas em espectrofotômetro UV-vis (Shimadzu), no comprimento de onda de máxima absorbância, 276 nm. A capacidade de adsorção no tempo (q t, mg g -1 ) e a capacidade de adsorção no equilíbrio (q e, mg g -1 ) foram calculadas pelas Equações 1 e 2 respectivamente: ( ) ( ) (1) (2) Onde, C 0 é a concentração inicial de diclofenaco de potássio, C e é a concentração de equilíbrio da fase líquida, C t (mg L -1 ) é a concentração no tempo t, m a massa de adsorvente (g) e V é o volume de solução (L) Modelos de Equilíbrio Os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem (PPO), pseudo-segunda ordem (PSO), foram utilizados para ajustar os dados experimentais, de acordo com as Equações 3 e 4, respectivamente: ( ( ) (3) ( ) ( ) (4) sendo, q 1 e q 2 (mg g -1 ), as capacidades de adsorção estimadas pelos modelos, k 1 (min -1 ) e k 2 (g mg -1 min -1 ) são as constantes da velocidade de adsorção e t (min) é o tempo Modelos de Equilíbrio As curvas de equilíbrio foram ajustadas usando os modelos de Freundlich (Freundlich, 19) e Langmuir (Langmuir, 1918). A isoterma de Freundlich (Eq. 5) assume a adsorção em uma superfície heterogênea. O modelo de isoterma de Langmuir (Eq. 6) assume uma adsorção monocamada em uma superfície homogênea q k C e F 1/n e (5) (6)

3 Volume de N 2 adsorvido (cm 3 g -1 ) q e (mg/g) dv/dr Volume de poro (cm 3 g -1 Å -1 ) onde, k F é a constante de Freundlich (mg g -1 ) (mg L -1 ) -1 / n F, 1/n F é o fator de heterogeneidade, q m é a capacidade máxima de adsorção (mg g -1 ) e k L é a constante de Langmuir (L mg -1 ). 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Caracterização do adsorvente Na Figura 2 são apresentadas as isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio bem como a distribuição de tamanho de poros (Fig. 3) da amostra de carvão ativado. As isotermas podem ser classificadas como do tipo I, caracterizando um material com predominância de microporosidade (Gregg et al., 1982). A distribuição do tamanho de poros apresentou com um pico centrado ao redor de 19Å, indicando um material predominantemente microporoso (diâmetro de poro 20 Å) (IUPAC). O volume total de poros, diâmetro médio de poros e área de superfície (BET) foram de 0,366 cm 3 g -1, 18Å e 660 m² g -1, respectivamente. Assim, esse material apresenta grande área de superfície, o qual pode ser altamente benéfico para fins de adsorção ,006 0,005 0,004 0,0 0,002 0,001 0, Figura 3. Distribuição do tamanho de poro Efeito do ph De acordo com os resultados apresentados na Fig. 4, todos os ph apresentaram capacidades de adsorção similares. Então, selecionou-se para os próximos estudos, o ph natural da solução, que foi de Diâmetro de poro (Å) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Pressao relativa (P/P 0 ) Figura 2. Isotermas de adsorção-dessorção de N ,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 ph Figura 4. Efeito do ph na adsorção de diclofenaco com carvão ativado 3.2. Cinética de adsorção Os experimentos cinéticos foram realizados para determinação do tempo de equilíbrio para a adsorção de diclofenaco com carvão ativado. As curvas cinéticas de adsorção estão apresentadas na Figura 5. É possível observar que o equilíbrio é atingido em cerca de 120 min. Além disso, para

4 concentrações menores como 50 mg L -1, a remoção de difclofenaco é de aproximadamente 90%. Figura 5. Cinética de adsorção de diclofenaco com carvão ativado. Na Tabela 1 são apresentados os dados das regressões de PFO e PSO, utilizadas para a determinação de parâmetros sobre a cinética de adsorção do fármaco diclofenaco com carvão ativado como adsorvente. Através dos dados do coeficiente de regressão (R 2 ) e erro relativo médio (ARE%) (Tabela 2), verificou-se que o modelo de pseudo-segunda ordem o foi o mais adequado para representar a cinética de adsorção. Tabela 1. Parâmetros cinéticos de adsorção de diclofenaco com carvão ativado com ph 6.5. Modelos Cinéticos Pseudo-primeira ordem Concentração de Diclofenaco (mg L -1 ) q 1 (mg g -1 ) 43,54 61,98 75,10 83,54 k 1 (min -1 ) 0,075 0,093 0,173 0,200 R 2 0,973 0,949 0,885 0,889 ARE (%) 5,706 6,745 9,002 8,820 Pseudo-segunda ordem q 2 (mg g -1 ) 47,18 66, 79,97 88,78 k 2 (g mg min -1 ) 2,30E- 2,18E- 3,19E- 3,32E- h 0 (mg g min -1 ) 5,131 9,504 20,42 26,13 R 2 0,995 0,989 0,952 0,949 ARE (%) 2,146 3,028 5,900 6, Isotermas de Equilíbrio Os dados experimentais das curvas de equilíbrio foram encontrados na temperatura de 25 C, sendo realizados para determinação da capacidade de adsorção de diclofenaco com carvão ativado. A isoterma de adsorção está apresentada na Figura 6. Na Tabela 2 são apresentados os dados das regressões de Langmuir e Freundlich, utilizadas para a determinação de parâmetros de equilíbrio de adsorção do fármaco diclofenaco com carvão ativado como adsorvente. Através dos dados do coeficiente de regressão (R 2 ) e erro relativo médio (ARE%), verificou-se que o modelo de Freundlich o foi o mais adequado para representar a cinética de adsorção. A capacidade máxima de adsorção encontrada foi de aproximadamente 83 mg g -1 de diclofenaco. Larous e Meniai (2016) encontraram uma capacidade de adsorção de 11 mg g -1 para remoção de diclofenaco com carvão ativado produzido através de caroços de azeitona. Tais valores demonstram a efetividade da remoção de diclofenaco usando o carvão ativado testado nesse trabalho. Figura 6. Cinética de adsorção de diclofenaco com carvão ativado Tabela 2. Parâmetros de equilíbrio para adsorção de diclofenaco com carvão ativado com ph 6.5.

5 Modelo de Equilíbrio Freundlich Temperatura ( C) 25 k F (mg g -1 )(mg L -1 ) -1/nf 34,11 1/n F 0,2007 R 2 0,9872 ARE (%) 4,447 Langmuir q m (mg g -1 ) 83,13 k L (L mg -1 ) 0,3382 R 2 0,9436 ARE (%) 7,902 BARBOSA, T. R.; FOLETTO, E. L.; DOTTO, G. L.; JAHN, S. L. Ceramics Inter., v. 44, p , FREUNDLICH, H. Z. Phys. Chem., 57, p , GOODMAN e GILMAN. 11ª edição, Tradução: The McGraw-Hill Companies. Rio de Janeiro LANGMUIR, I. J. Am. Chem. Soc. 40; p , LAROUS, S.; MENIAI, A. Inter. J. Hydrogen Energy, v. 41, n. 24, p , TAMBOSI, J. L. Remoção de fármacos e avaliação de seus produtos de degradação através de tecnologias avançadas de tratamento. Tese de doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, CONCLUSÃO Os resultados obtidos neste trabalho mostram que o carvão ativado comercial usado aqui possui potencial como adsorvente de diclofenaco de potássio, em virtude de sua alta área de superfície de 660 m 2 g -1. Para a cinética, o modelo de melhor ajuste foi o de pseudo-segunda ordem. A isoterma de equilíbrio de Freundlich apresentou melhores valores de coeficiente de regressão (R 2 > 0,98) e erro relativo médio (ARE < 5%). A capacidade máxima de adsorção estimada foi de 83 mg g -1, que comparada a outros estudos, mostrou-se um adsorvente que pode ser amplamente utilizado para a remoção de fármacos tais como diclofenaco. Portanto, o material testado nesse trabalho como adsorvente apresenta propriedades intrínsecas para uso em potencial na remoção de diclofenaco. 6. REFERÊNCIAS ALDER, A. C.; BRUCHET, A.; CARBALLA, M.; CLARA, M.; JOSS, A.; LÖFER, D.; CARDELL, C. S.; MIKSCH, K.; OMIL, F.; TUHKANEN, T., TERNES, T. A. Consumption and Occurrence. Ternes, T.A., Joss, A. (Eds.), The Challenge of Micropollutants in Urban Water Management. IWA Publishing, 2006.