Aplicação de polipirrol e zeólita natural modificada na remoção de diclofenado de soluções aquosas

Abstract

RESUMO: O diclofenaco (DCF) é um anti-inflamatório mundialmente utilizado e constantemente detectado em ambientes aquáticos. Devido aos efeitos adversos intrínsecos à constante exposição a esse contaminante, busca-se novas tecnologias eficientes na sua remoção. A adsorção é uma tecnologia já consolidada e com grandes vantagens, de modo que a inovação em relação a essa tecnologia é focada no desenvolvimento de materiais adsorventes. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo principal desenvolver materiais adsorventes eficientes na remoção de DCF que vislumbre a aplicação industrial. Dois materiais foram aplicados na adsorção do fármaco, o polipirrol (PPy), um polímero com propriedades condutivas, e a zeólita natural clinoptilolita. O PPy foi sintetizado pela polimerização oxidativa química do pirrol e amplamente caracterizado. A adsorção de DCF em PPy foi um processo rápido, espontâneo, exotérmico e majoritariamente fisissortivo. Apesar da baixa área específica, o PPy alcançou uma excelente capacidade de adsorção (305 mg g-1) em condições brandas de operação. O DCF foi melhor dessorvido em solução etanólica, com considerável regeneração do adsorvente até o terceiro ciclo de adsorção/dessorção. Zeólitas naturais são materiais de baixo custo e elevada disponibilidade. Como a zeólita natural é ineficiente na remoção de DCF, o estudo de metodologias que busquem a modificação de suas propriedades foi realizado. O tratamento hidrotérmico da zeólita com surfactante foi a modificação mais promissora na remoção de DCF, alcançando uma capacidade máxima de adsorção de 11,15 mg g-1. A melhora na eficiência de remoção do DCF está relacionada a formação de mesoporos, ao aumento do teor de cargas positivas na superfície do material e também ao aumento da sua hidrofobicidade. O estudo cinético mostrou que a adsorção ocorre mais lentamente, quando comparado à adsorção em PPy, devido a difusão intrapartícula inerente às características texturais da zeólita. O processo foi espontâneo e exotérmico, de natureza quimissortiva e com baixa capacidade de regeneração nos eluentes testados. O presente trabalho indicou que os adsorventes desenvolvidos são promissores na remoção de DCF e que podem ser aplicados no tratamento de água, contribuindo com a inovação tecnológica do setor

ABSTRACT: Diclofenac (DCF) is an anti-inflammatory drug used worldwide and constantly detected in aquatic environments. Due to the adverse effects inherent to constant exposure to this contaminant, new efficient technologies have been developed aiming its removal. Adsorption is a consolidated technology with great advantages. The innovation in the adsorption field is related to the development of new and effective adsorbent materials. In this sense, this work aims to develop efficient adsorbent materials for the removal of DCF in industrial scale. Thus, two different materials, polypyrrole (PPy) and the natural zeolite clinoptilolite, were applied in the adsorption of the drug. PPy is a polymer with conductive properties and was synthesized by the chemical oxidative polymerization of pyrrole and broadly characterized. The adsorption of DCF on PPy was a fast, spontaneous, exothermic and mostly physisorptive process. Despite the low specific area, PPy achieved an excellent adsorption capacity (305 mg g-1) under mild operating conditions. DCF was better desorbed in ethanolic solution, with considerable regeneration of the adsorbent until the third cycle of adsorption/desorption. On the other hand, the potential of natural zeolites as adsorbents was also evaluated since it is a low-cost and high available material. As natural zeolite is inefficient in removing DCF, the study of modification methodologies to modify its properties was carried out. The hydrothermal treatment of zeolite with surfactant was the most promising modification for DCF removal, reaching a maximum adsorption capacity of 11.15 mg g-1. The improvement in the DCF removal efficiency is related to the formation of mesopores, the increase in the content of positive charges on the surface of the material and also the increase in its hydrophobicity. The kinetic study showed that adsorption occurs more slowly, when compared to adsorption on PPy, due to intraparticle diffusion inherent to the textural characteristics of zeolite. The process was spontaneous, exothermic, chemisorptive and with low regeneration capacity in the tested eluents. The presente work indicated that the developed adsorbents are promising in the removal of DCF and that they can be applied in water treatment, contributing to the technological innovation of the sector