Adsorção para remoção de metformina em leito fixo utilizando zeólita

Abstract

RESUMO: A metformina (MF) é o medicamento mais prescrito no mundo e mesmo com avanços na indústria farmacêutica ainda é o mais indicado para tratamento primário da diabetes tipo 2. Este composto não é completamente metabolizado no organismo humano e é secretado através da urina sendo lançado em corpos hídricos, tanto na sua forma original quanto no metabólito guanylureia. Este medicamento quando encontrado em local indesejável é considerado um contaminante, e não é eficientemente removido através de tratamentos convencionais. A adsorção é uma operação amplamente utilizada na remoção de contaminantes emergentes de corpos hídricos devido à sua grande aplicabilidade e baixo custo. Neste estudo o processo de adsorção foi estudado como método de remoção da MF utilizando zeólita como adsorvente em modo de operação contínuo em leito fixo. Os ensaios adsortivos foram realizados para estudo do efeito do tempo de contato entre as partículas do sólido e do líquido, pH, concentração de metformina e massa de adsorvente empacotada na coluna a fim de analisar a eficiência do processo em diferentes parâmetros químicos e operacionais. Técnicas de caracterização foram empregadas neste estudo para descrever o caráter morfológico, estrutural e químico do material adsorvente para avaliar o potencial da utilização deste sólido na remoção efetiva do contaminante. A partir da caracterização por potencial zeta se observou que a zeólita utilizada é carregada negativamente no intervalo de pH analisando. A estrutura morfológica e física do material provou ser irregular, com superfície heterogênea e rugosa, com aglomerado de cristais, observado por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) foi realizada para análise de ligações químicas que favorecem a adsorção. Os ensaios de adsorção em leito fixo foram avaliados analisando a curva de ruptura e apresentaram um melhor desempenho em baixas vazões, baixas concentrações de contaminante, alta massa de adsorvente e em pH neutro. A maior capacidade de remoção foi de 67% em vazão de 2 ml min?¹, altura de leito de 12 cm, concentração inicial de metformina de 20 mg L?¹ e pH natural, com tempo de saturação de 3000 min. A zeólita natural apresentou valores eficientes de capacidade adsortiva e tempo de vida útil, o que permite a sua aplicação no tratamento de água para remoção de contaminantes emergentes.

ABSTRACT: Metformin (MF) is the most prescribed medication worldwide, and despite advancements in the pharmaceutical industry, it remains the primary drug recommended for the treatment of type 2 diabetes. This compound is not fully metabolized in the human body and is excreted through urine, being discharged into water bodies both in its original form and as the metabolite guanylurea. When found in undesired locations, this drug is considered a contaminant and is not efficiently removed through conventional treatment methods. Adsorption is a widely used technique for the removal of emerging contaminants from water bodies due to its broad applicability and low cost. In this study, the adsorption process was investigated as a method for MF removal using zeolite as an adsorbent in a continuous fixed-bed operation mode. Adsorption experiments were conducted to evaluate the effect of contact time between the solid and liquid particles, pH, metformin concentration, and the mass of adsorbent packed in the column, aiming to analyze the process efficiency under different chemical and operational parameters. Characterization techniques were employed in this study to describe the morphological, structural, and chemical properties of the adsorbent material, assessing its potential for effective contaminant removal. Zeta potential analysis revealed that the zeolite used in this study exhibited a negative charge across the analyzed pH range. The morphological and physical structure of the material proved to be irregular, with a heterogeneous and rough surface, forming crystal aggregates, as observed by scanning electron microscopy (SEM). Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) was conducted to analyze chemical bonds that favor adsorption. Fixed-bed adsorption experiments were evaluated through breakthrough curve analysis and showed optimal performance at low flow rates, low contaminant concentrations, high adsorbent mass, and neutral pH. The highest removal efficiency was 67% at a flow rate of 2 mL min?¹, a bed height of 12 cm, an initial metformin concentration of 20 mg L?¹, and natural pH, with a saturation time of 3000 min. The natural zeolite exhibited efficient adsorption capacity and lifespan, demonstrating its applicability in water treatment for the removal of emerging contaminants.