Utilização de carvão ativado e Moringa oleifera Lam. no processo de adsorção de diclofenaco de águas contaminadas

Abstract

RESUMO: O diclofenaco (DCF) é um fármaco extensivamente utilizado na medicina humana e veterinária, e que tem sido frequentemente detectado em ambientes aquáticos. Os efeitos adversos causados tanto à saúde humana, quanto aos ecossistemas aquáticos pela exposição contínua a esse composto já foram comprovados, o que demonstra a necessidade de tecnologias eficientes na sua remoção. A Moringa oleifera Lam. (MO) se destaca como coagulante natural e o seu uso como biossorvente está em crescente desenvolvimento. Nesse sentido, as partes do fruto da MO, juntamente com três tipos de carvão ativado foram avaliados em três pHs (5, 7 e 10) a fim de selecionar quais seriam utilizados no estudo. Devido às maiores remoções, o carvão de babaçú (CB) e a vagem de moringa após tratamento ácido (VA) foram escolhidos para avançar a pesquisa. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar o potencial de adsorção do carvão ativado e da vagem de Moringa oleifera Lam. após tratamento ácido na remoção de DCF. Os adsorventes foram caracterizados em relação às suas propriedades estruturais, físico-químicas e também foi determinado o ponto de carga zero. O estudo de adsorção foi realizado em batelada, em que se avaliou os efeitos de pH, os efeitos da dosagem de adsorvente e velocidade de agitação. Uma vez conhecida a influência de cada parâmetro no processo de adsorção, as condições mais adequadas foram escolhidas para realizar o estudo cinético e de equilíbrio. O tempo de contato foi avaliado durante 24 horas para a VA e 48 horas para o CB. Em seguida, os modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula foram ajustados aos dados cinéticos experimentais. Os dados de equilíbrio foram analisados na forma de isotermas de adsorção (25 à 55 °C), por meio do ajuste não linear de quatro modelos matemáticos (Langmuir, Freundlich, Sips e Temkin). Para ambos os adsorventes, o modelo de Freundlich foi o mais adequado para representar os dados experimentais. De posse desses dados, os parâmetros termodinâmicos (?H°, ?G° e ?S°) foram determinados, indicando que a adsorção em CB foi um processo endotérmico, espontâneo e com aumento de entropia. Já para a biossorção, os parâmetros indicaram um processo exotérmico, com diminuição de entropia e espontâneo apenas no intervalo de 25 à 45 °C. Diante dos resultados, sugere-se que a remoção de DCF em CB ocorreu apenas por interações físicas e, em VA, por interações físicas e químicas. De forma geral, tanto o adsorvente VA como o CB foram eficientes na remoção do fármaco, uma vez que as melhores condições encontradas apresentaram capacidades de adsorção de 20,41 e 31,51 mg g-1, respectivamente. Os ensaios de dessorção indicaram uma capacidade de regeneração insatisfatória para ambos os adsorventes no período de 6 horas para os três eluentes testados, sendo possível apenas a regeneração parcial do biossorvente. Devido ao seu baixo custo e alta eficiência, a vagem de moringa se mostra como uma alternativa promissora aos adsorventes convencionais na remoção de DCF de águas contaminadas

ABSTRACT: Diclofenac (DCF) is a drug extensively used in human and veterinary medicine, and has been frequently detected in aquatic environments. The adverse effects caused to both human health and aquatic ecosystems due to continuous exposure to this contaminant have already been proven, and efficient technologies are needed for their removal. Moringa oleifera Lam. (MO) stands out as a natural coagulant and its use as a biosorbent is in increasing development. In this sense, the parts of the fruit of MO together with three types of activated carbon were evaluated in three different pHs (5, 7 and 10) in order to select which would be used in the study. Due to the greater removals, the babassu carbon (CB) and the MO pod after acid treatment (VA) were chosen to advance the research. Thus, the objective of the study was to evaluate the adsorption potential of activated carbon and MO pod after acid treatment in the removal of DCF. The adsorbents were characterized in relation to their structural, physicochemical properties and also the point of zero charge was determined. The adsorption study was carried out in a batch, in which the effects of the adsorbent dosage and the agitation speed were evaluated in addition to the pH effects. Once the influence of each parameter on the adsorption process was known, the most appropriate conditions were chosen to perform the kinetic and equilibrium study. The contact time was evaluated for 24 hours for VA and 48 hours for CB. Then, the pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models were fitted to the experimental kinetic data. The equilibrium data were analyzed in the form of adsorption isotherms (25-55°C) by nonlinear fitting of four mathematical models (Langmuir, Freundlich, Sips and Temkin). For both adsorbents, the Freundlich model was the most adequate to represent the experimental data. Possession of these data, the thermodynamic parameters (?H°, ?G° and ?S°) were determined, indicating that the adsorption in CB was an endothermic and spontaneous process, and with an increase in entropy. For the biosorption, the parameters indicated an exothermic process, with a decrease in entropy and spontaneous only in the range of 25 to 45°C. Considering the results, it is suggested that the removal of DCF onto CB occurred by physical interactions, and the removal of the drug in VA occurred by physical and chemical interactions. In general, both VA and CB were efficient in drug removal, since the best conditions encountered presented adsorption capacities of 20,41 and 31,51 mg g-1, respectively. The desorption assays indicated an unsatisfactory regeneration capacity for both adsorbents in 6 hours for the three eluents tested, only partial regeneration of the biosorbent being possible. Due to its low cost and high efficiency, the MO pod is shown as a promising alternative to conventional adsorbents in the removal of DCF from contaminated water