O uso de carvão ativado para a remoção de produtos farmacêuticos da água

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

MESTRADO ACADÊMICO

Revisão bibliográfica: O uso de carvão ativado para a remoção de produtos farmacêuticos da água

Gustavo Tottoli

Uberlândia

2020

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Introdução        3

Efeito dos materiais        4

Tipos de precursores        4

Método de preparação do adsorvente        5

Propriedades do adsorvente        6

Propriedades do adsorbato        7

Efeito das condições operacionais        8

Dosagem do adsorvente        8

Temperatura        8

pH        9

Métodos para a modificação do carvão ativado        9

Tratamentos ácidos e básicos        9

Impregnação        10

Uso de carvões ativados modificados quimicamente        10

Adsorção da estreptomicina através de CA modificado pelo tiossulfato de sódio        10

Adsorção da clorotetraciclina através de CA modificado por NH4Cl        11

Conclusão        12

Referências Bibliográficas        12

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Introdução

Em 2019, mais de 17 milhões de brasileiros não possuíam acesso à água potável. Esse déficit, apesar de indicar um grave problema em termos de quantidade, releva também uma deficiência no que diz respeito à qualidade. Um levantamento realizado pela Agência Nacional de Águas (ANA) em dois mil pontos de monitoramento no Brasil releva que somente 9% dos pontos avaliados possui um índice de qualidade dito “ótimo”.

Compostos como fármacos ativos se tornaram na última década, uma preocupação de abrangência mundial, pois, mesmo em níveis de traço e ultra traço, eles possuem um potencial maléfico tanto para a saúde humana, quanto para a ambiental. Os sistemas convencionais de tratamento de água que fazem uso de lodo ativado possuem uma taxa de biodegradabilidade de fármacos na ordem de somente 50% devido à alta complexidade estrutural dessas moléculas. Algumas das alternativas para o tratar esses contaminantes fármacos são técnicas avançadas de oxidação, filtração por membrana, tratamentos eletroquímicos e adsorção. Dentre esses, a adsorção, tem recebido destaque por ser uma técnica sustentável, barata e altamente eficiente.

Adsorção refere-se ao acúmulo de uma substância (adsorbato) em uma fase fluida (líquida ou gasosa) na superfície de um adsorvente, por meio de ligação física ou química. Por isso, a adsorção torna-se uma alternativa viável para a remoção de fármacos nas correntes de água e esgoto. Dentre as diversas vantagens do uso da adsorção, pode-se citar uma boa eficiência na remoção, a possibilidade de regeneração e reutilização do adsorvente, uma boa aplicabilidade a processos contínuos e descontínuos além de se tratarem de procedimentos operacionais confiáveis e simples.

Vários materiais podem ser aplicados como adsorventes na eliminação dos fármacos da água, dentre os quais, o carvão ativado (CA) tem sido amplamente utilizado graças à sua alta área superficial específica, sua estrutura porosa e as fortes interações que ele apresenta com o adsorbato. O objetivo deste trabalho é revisar e obter uma ideia sobre o estado atual dos conhecimentos no uso do carvão ativado no tratamento de água e esgoto para a eliminação de micropoluentes fármacos.

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Efeito dos materiais

A eliminação de micropoluentes fármacos através do CA é, de forma geral, caracterizada pelo processo de preparação e as pelas condições operacionais da adsorção. Isso significa que a categoria de adsorvente, o tipo de precursor usado e o método de ativação empregado podem contribuir ou limitar a eficácia do processo. Além disso, dosagem do CA, a temperatura, o pH, a força iônica e as propriedades do adsorbato (fármaco) são também fatores que impactam na capacidade de adsorção do CA.

        Carvão ativado pode ser sintetizado em duas formas principais: em pó (CAP) ou granular (CAG). A principal diferença entre CAP e CAG é o tamanho das partículas; o em pó tem diâmetros típicos inferiores a 0,1 mm e, em comparação, o granular apresenta diâmetros entre 1,2–1,6 mm. Existe, na literatura, evidência que o carvão ativado, em suas duas formas, atinge uma alta eficiência de remoção de vários compostos orgânicos, incluindo produtos farmacêuticos, em laboratório, testes piloto e em larga escala (Ek et al. 2014).

Tipos de precursores

        Carvão ativado pode ser preparado a partir de diferentes precursores. Inúmeros estudos já avaliaram a eficácia do CA de origens alternativas e, nos últimos anos, os materiais preparados a partir de resíduos e de biomassa ganham cada vez mais força. Alguns dos exemplos de precursores encontrados na literatura são: resíduo de café (Flores-Cano et al. 2016), casca de amêndoa (Flores-Cano et al. 2016), resíduos de processamento industrial de uva e tomate (Guëzel e Saygılı 2016) e restos de bucha (Kong et al. 2015).

        Quando comparados com o carvão ativado comercial, a literatura apresenta dados contraditórios sobre a eficiência do CA de resíduo e de biomassa. Bernardo et al. (2016) comparou a adsorção do medicamento diclofenaco em um CA comercial e um produzido a partir de cascas de batata e ativado com carbonato de potássio, obtendo eficiência remoção de 70% para o carvão de resíduo e 90% para o comercial. Mestre et. Al (2009) apresenta um caso oposto, onde um carvão ativado obtido de pó de cortiça e resíduos plásticos superou o CA comercial na eliminação do ibuprofeno. Os autores atribuem esse sucesso à uma combinação única da natureza básica dos grupos de superfície, juntamente com microporos de tamanho adequado. No geral, não existe uma generalização clara que favorece o CA comercial sobre o CA derivada de resíduos ou biomassa nem vice-versa.