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Título: Remoção de fármacos anti-hipertensivos em soluções aquosas utilizando carvão ativado produzido a partir do bagaço de malte
Título(s) alternativo(s): Removal of anti-hypertensive drugs in water solutions using activated carbon produced from malt bagasse
Autor(es): Dörtzbacher, Gabriel Facciochi
Orientador(es): Gonçalves, Gilberto da Cunha
Palavras-chave: Adsorção
Resíduos industriais
Hipertensão
Carbono ativado
Adsorption
Factory and trade waste
Hypertension
Carbon, Activated
Data do documento: 4-Set-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: DÖRTZBACHER, Gabriel Facciochi. Remoção de fármacos anti-hipertensivos em soluções aquosas utilizando carvão ativado produzido a partir do bagaço de malte. 2020. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2020.
Resumo: Poluentes persistentes ou emergentes são compostos que, não eliminados por tratamentos convencionais, começaram detectados em baixas concentrações no ambiente. Embora não representem perigo imediato, seus efeitos começaram a ser sentidos recentemente. Entre eles estão os fármacos, responsáveis pela atividade terapêutica dos medicamentos. Moléculas complexas, são desenvolvidas com o objetivo de possuírem a maior estabilidade possível, característica essa que lhes confere o status de persistentes. Uma das classes de fármacos mais utilizadas é a dos anti-hipertensivos. A adsorção é um dos métodos mais empregados para remover substâncias em baixas concentrações em função da simples operação e do baixo custo. O adsorvente mais utilizado é o carvão ativado, que pode ser produzido a partir da pirólise da biomassa. Estudos têm concentrado esforços no emprego de materiais alternativos como adsorventes. O objetivo deste trabalho foi a produção de carvão ativado por meio da pirólise de resíduo cervejeiro (bagaço de malte) e posterior ativação física utilizando dióxido de carbono, a fim de empregar como adsorvente na remoção monocomponente dos fármacos anti-hipertensivos besilato de anlodipino e losartana potássica de soluções aquosas. A técnica tem a vantagem de não empregar solventes químicos e gerar subprodutos de interesse econômico: bio-óleo e bio-gás. Caracterizou-se o carvão ativado pelas técnicas de espectroscopia infravermelho, difração de raios-x, fisissorção de nitrogênio e número de iodo. Os rendimentos de biochar, bio-óleo e bio-gás da pirólise foram de 24,2; 40,9 e 34,9%, respectivamente. A perda de massa na etapa de ativação foi de 30,6%. Os valores foram comparativos com trabalhos similares e estão relacionados à taxa de aquecimento e temperatura de pirólise. O carvão ativado apresentou forma amorfa, com presença de grupos funcionais oxigenados e grau de aromaticidade, como consequência da etapa de ativação, resultando em um material com superfície ácida. A fisissorção de nitrogênio identificou um material micro-mesoporoso, com área superficial específica de 242,2 m² g-1 , raio médio de poro de 13,1 Å, e número de iodo de 296,7 mg I2 g -1 . O carvão foi empregado na remoção monocomponente de besilato de anlodipino e losartana potássica de soluções aquosas. Nos ensaios de dosagem, a proporção ótima escolhida para ambos os fármacos foi de 5 g L-1 , com remoção acima de 99%. O estudo do pH verificou que a adsorção foi beneficiada nas faixas de pH de 4,0 a 9,0 para losartana e acima de 9,0 para anlodipino. Os tempos de contato para atingir o equilíbrio foram de 24 e 48 horas para anlodipino e losartana, respectivamente. As diferenças de remoção podem ser melhor explicadas pela diferença de hidrofobicidade dos fármacos. Os modelos cinéticos que representaram de maneira mais adequada a adsorção foram de Elovich (anlodipino) e pseudo-segunda ordem (losartana). Os dados foram utilizados para construir as isotermas de equilíbrio, encontrando curvas extremamente favoráveis para ambos os fármacos. Os modelos mais adequados para representar o equilíbrio da adsorção de ambos os fármacos foram os de BET e de Redlich-Peterson. As capacidades de adsorção máxima na monocamada de Langmuir foram de 56,6 e 53,1 mg g-1 para anlodipino e losartana, respectivamente. Por meio de Langmuir, identificou-se que a afinidade entre adsorbato e adsorvente foi maior para o anlodipino.
Abstract: Persistent or emerging pollutants are compounds that, not eliminated by conventional treatments, started to be detected in low concentrations in the environment. Although they pose no immediate danger, their effects have recently begun to be felt. Among them are the pharmaceuticals, responsible for the therapeutic activity of the drugs. Pharmaceuticals are complex molecules developed with the objective of having the greatest possible stability, a characteristic that gives them the status of persistent. One of the most widely used classes of drugs are the antihypertensives. Adsorption is one of the most used methods to remove substances in low concentrations due to the simple operation and low cost. The most widely used adsorbent is activated carbon, which can be produced from biomass pyrolysis. Studies have concentrated efforts on the use of alternative materials as adsorbents. The objective of this work was the production of activated charcoal through the pyrolysis of beer residue (malt bagasse) and subsequent physical activation, in order to use it as an adsorbent in the removal of pharmaceuticals. The technique has the advantage of saving chemical solvents and generating by-products of economic interest: bio-oil and bio-gas. The activated carbon was characterized by the techniques of infrared spectroscopy, x-ray diffraction, nitrogen physisorption and iodine number. The yields of biochar, bio-oil and bio-gas were 24.2; 40.9 and 34.9%, respectively. The loss of mass in the activation step was 30.6%. The values were compared with similar studies and are related to the heating rate and pyrolysis temperature. The activated carbon was in amorphous phase, with the presence of oxygenated functional groups and a degree of aromaticity as a consequence of the activation step, resulting in a material with an acidic surface. Nitrogen physisorption identified a micro-mesoporous material, with a specific surface area of 242.2 m² g-1, an average pore radius of 13.1 Å, and an iodine number of 296.7 mg I2 g-1, similar to commercial samples. Charcoal was used as a one-component removal of amlodipine besylate and losartan potassium from aqueous solutions. In the dosage tests, the optimal proportion chosen for both drugs was 5 g L-1 , with removal above 99%. The pH study found that the adsorption benefited in the pH ranges from 4.0 to 9.0 for losartan and above 9.0 for amlodipine. The contact times to reach equilibrium were 24 and 48 hours for amlodipine and losartan, respectively. The differences in removal can best be explained by the difference in hydrophobicity of the drugs. The kinetic models that best represented the adsorption were Elovich (amlodipine) and pseudo-second order (losartan). The data were used to build the equilibrium isotherms, finding extremely favorable curves for both drugs. The most appropriate models to represent the adsorption balance of both drugs were those of BET and Redlich-Peterson. The maximum adsorption capacities in the Langmuir monolayer were 56.6 and 53.1 mg g-1 for amlodipine and losartan, respectively. Through Langmuir, it was identified that the affinity between adsorbate and adsorbent was greater for amlodipine.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24619
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