Orientador: Melissa Gurgel Adeodato Vieira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A contaminação de corpos hídricos por poluentes emergentes vem se tornando um problema ambiental em todo mundo. Como consequência, os resíduos farmacêuticos estão interagindo de forma danosa com a flora e fauna local, interferindo na fisiologia, no metabolismo e no comportamento das espécies...

Resumo: A contaminação de corpos hídricos por poluentes emergentes vem se tornando um problema ambiental em todo mundo. Como consequência, os resíduos farmacêuticos estão interagindo de forma danosa com a flora e fauna local, interferindo na fisiologia, no metabolismo e no comportamento das espécies ali presentes. Neste contexto, a bioadsorção torna-se uma alternativa promissora por ser de baixo custo e apresentar alta eficiência nos tratamentos de contaminantes, com baixas concentrações, presentes nos corpos híbridos. Bioadsorventes de baixo custo e eficientes são essenciais para que a bioadsorção seja economicamente atrativa. Dessa maneira, o uso do resíduo da extração de alginato como bioadsorvente no processo de remoção de fármacos é bastante atrativo. Assim, este trabalho visou avaliar a aplicabilidade do resíduo da alga marrom Sargassum filipendula na remoção do fármaco propranolol. Testes de afinidade adsortiva foram realizados a fim de selecionar qual sistema fármaco/adsorvente mais promissor. Os fármacos de interesse acadêmico e econômico como cloridrato de metformina, losartana potássica, cafeína, cloridrato de propranolol e diclofenaco de sódio foram avaliados. Os resultados dos testes de afinidade destes fármacos com diferentes materiais não convencionais apontaram que o cloridrato de propranolol foi melhor removido usando como bioadsorvente o resíduo da alga marrom Sargassum filipendula (98 %). O efeito do pH no processo adsortivo foi avaliado e não apresentou influência significativa. Um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional foi empregado para otimização das condições operacionais. Dentro da faixa de valores estudados, o melhor resultado foi para a condição de 0,2 mmol/L de concentração inicial de propranolol, 150 rpm de velocidade de agitação e 0,4 g de massa de adsorvente em 50 mL de solução de fármaco. Além disso, foram realizados estudos relativos à cinética, onde se obteve um tempo de equilíbrio de adsorção de 40 minutos para concentração de 0,25 mmol/L e de 60 minutos para as concentrações de 0,50 e 0,75 mmol/L. Os modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, resistência à transferência de massa em filme externo, Boyd e difusão intrapartícula foram ajustados às curvas experimentais, sendo que o modelo de pseudossegunda ordem foi o que melhor representou os dados cinéticos, indicando que a etapa final do processo de bioadsorção seja mais lenta, devido à influência da difusão intrapartícula, apesar da etapa controladora ser a transferência de massa em filme externo. O estudo de equilíbrio foi conduzido em 20, 30 e 40 °C. Os modelos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich foram aplicados aos dados. A maior capacidade de adsorção obtida a partir do modelo de Langmuir, o mais preditivo entre os modelos avaliados, foi de 1,9069 mmol/g a 20 °C. A partir do estudo termodinâmico, verificou que a bioadsorção do propranolol no resíduo da alga é um processo exotérmico e espontâneo e que a superfície do biomaterial é heterogênea. Espectros de FTIR indicaram que os principais grupos envolvidos no processo de remoção de propranolol foram os grupos hidroxilas, aminos, alcoólicos e sulfonatos. Micrografias do MEV mostraram que a superfície do bioadsorvente se tornou menos rugosa e deformada. Com as análises térmicas, observou-se que o perfil da perda de biomassa pôde ser subdividido em três etapas (perda de umidade, decomposição dos voláteis e lipídios). A porosidade do bioadsorvente aumentou de 10,25% para 12,72%, após bioadsorção de propranolol. Por fim, verificou-se que o resíduo obtido da extração de alginato é viável para o uso como bioadsorvente na remoção do cloridrato de propranolol em soluções aquosas diluídas

Abstract: Contamination of water bodies by emerging pollutants has become an environmental problem worldwide. Consequently, pharmaceutical residues are interacting in a harmful way with native flora and fauna, interfering in the physiology, the metabolism and the behavior of the species present in...

Abstract: Contamination of water bodies by emerging pollutants has become an environmental problem worldwide. Consequently, pharmaceutical residues are interacting in a harmful way with native flora and fauna, interfering in the physiology, the metabolism and the behavior of the species present in there. In this context, bioadsorption becomes a promising alternative because it has low cost and presents high efficiency in the treatments of contaminants, with low concentrations, present in the hybrid bodies. Low cost and efficient bioadsorbents are essential for bioadsorption to be economically attractive. Thereby, the use of the alginate extraction residue as a bioadsorbent in drug removal process is quite attractive. Thus, this work aims to evaluate the applicability of the residue of brown algae Sargassum filipendula in the removal of the drug propranolol. Adsorption affinity tests were performed to select the most promising drug/adsorbent system. Pharmaceutical compounds of academic and economic interest such as metformin hydrochloride, potassium losartan, caffeine, propranolol hydrochloride and sodium diclofenac were evaluated. The results of the affinity tests with different non-conventional materials indicated that propranolol hydrochloride was better removed using as bioadsorbent the residue of brown algae Sargassum filipendula (98%). The pH effect on the adsorption process showed no significant influence. An experimental planning of the rotational central composite design was used to optimize the operational conditions. Within the range of values studied, the best result reached was for the condition of 0.2 mmol / L of initial concentration of propranolol, 150 rpm of agitation speed and 0.4 g of adsorbent mass in 50 ml of drug solution. In addition, studies related to kinetics were performed, where an adsorption equilibrium time of 40 minutes was reached for concentration of 0.25 mmol/L and 60 minutes for concentrations of 0.50 and 0.75 mmol/L. The pseudo first order models, pseudo second order, resistance to mass transfer in external film, Boyd and intraparticle diffusion were adjusted to the experimental curves. The pseudo second order model represented the best kinetic data, indicating that the final step of the biosorption process is slower, due to the influence of intraparticle diffusion, although the controller step is mass transfer in external film. The equilibrium study was conducted at 293, 303 and 313 K. The Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich models were applied to the data. The highest adsorption capacity obtained from the Langmuir model, the most predictive among the evaluated models, was 1.9069 mmol/g at 293 K. From the thermodynamic study, it was verified that the bioadsorption of propranolol in the algae residue is an exothermic and spontaneous process and that the surface of the biomaterial is heterogeneous. FTIR spectra indicated that the main groups involved in the removal of propranolol were hydroxyl groups, amines, alcoholics and sulfonates. SEM micrographs showed that the surface of the bioadhesive became less rough and deformed. With the thermal analysis, it was observed that the biomass loss profile could be subdivided into three stages (loss of moisture, volatile decomposition and lipids). The bioadhesive porosity increased from 10.25% to 12.72% after bioadsorption of propranolol. Finally, it has been found that the residue obtained from the extraction of alginate is viable for use as a bioadsorbent in the removal of the propranolol hydrochloride in dilute aqueous solutions

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