Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (DEFESA CANCELADA)

O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul tem a satisfação de convidar a Comunidade Universitária para assistir a defesa pública da tese de doutorado da Mestra em Engenheira Química MARCELA ANDREA ESPINA DE FRANCO a realizar-se:

Data: 15 de junho de 2018 – sexta-feira
Horário: 14h
Local: Auditório 3 – Prédio 22.202 – Anexo I/Saúde – Rua Ramiro Barcelos, 2.77
Campus Saúde/UFRGS

TÍTULO: ADSORÇÃO DE FÁRMACOS EM CARVÃO ATIVADO: PROCESSO EM BATELADA, LEITO FIXO E MODELAGEM DAS CURVAS DE RUPTURA

 

BANCA:

Prof. Dr. Alexandre Hahn Englert – IQ/UFRGS
Profa. Dra. Fernanda Abreu dos Santos – PUCRS
Dra. Lucí Kelin de Menezes Quines – Pesquisadora DEQUI/UFRGS

Orientadores:  Profa. Dra. Liliana Amaral Féris – DEQUI/UFRGS

Prof. Dr. Rafael de Pelegrini Soares – DEQUI/UFRGS

RESUMO

O presente trabalho estuda a remoção de fármacos presentes em água por meio do processo de adsorção em batelada e em coluna de leito fixo utilizando o carvão ativado como adsorvente. Os contaminantes avaliados foram o antibiótico amoxicilina (AMX), o anti-inflamatório diclofenaco sódico (DCF) e o analgésico paracetamol (PAR). Os experimentos de adsorção em batelada foram realizados para cada fármaco de forma independente, em solução aquosa, onde foram avaliadas as influências do pH do meio (2 – 10), concentração de adsorvente (5 – 20 g L-1) e tempo de contato (5 – 350 min). Foi realizada a investigação da cinética de adsorção utilizando os modelos pseudoprimeira e pseudosegunda ordem, além do modelo de difusão intrapartícula. O equilíbrio de adsorção foi avaliado através da construção de isotermas nas temperaturas de 25, 35 e 45 ºC utilizando os modelos de Langmuir, Freundlich, Sips e Redlich-Peterson. A adsorção em coluna de leito fixo foi estudada através de planejamentos experimentais para os três fármacos. Os efeitos da concentração inicial do poluente (C0, 20 – 100 mg L-1), massa do leito de adsorvente (W, 0,5 – 1,5 g) e vazão de alimentação (Q, 3 – 5 mL min-1) no tempo de saturação (tsat) e quantidade adsorvida (qsat) foram estudados. Para realizar a modelagem das curvas de ruptura foram utilizados os modelos analíticos de Thomas, Bohart-Adams e Yan. Além disso, um modelo de resolução numérica foi desenvolvido no software EMSO. O carvão ativado utilizado apresentou densidade aparente de 0,49 g cm-3, área superficial de 462,96 m² g-1 e superfície levemente ácida (pHPCZ = 6,67). O adsorvente ainda apresentava volume de microporos de 0,20 cm³ g-1 e de mesoporos de 0,07 cm³ g-1. Os resultados dos experimentos em batelada mostraram que o pH da solução não teve influência significativa sobre o percentual de remoção dos três fármacos, optando-se assim por utilizar o pH natural da solução. Nas condições estudadas, o equilíbrio de adsorção da AMX e do DCF foi atingido após 150 min de contato com o carvão ativado, e após 180 min no caso do PAR. O modelo cinético de pseudosegunda ordem foi o que melhor representou o comportamento das curvas da quantidade adsorvida pelo tempo para os três fármacos. Na condição de equilíbrio, a remoção de AMX atingiu um percentual de 27% e uma capacidade de adsorção de 0,55 mg g-1. O DCF atingiu remoção de 65% do DCF, relativo a uma capacidade máxima de 1,2 mg g-1. Já o PAR obteve-se o maior percentual de remoção, 90%, e uma capacidade máxima de adsorção de 1,7 mg g-1. Foi verificada uma concentração ótima de sólido adsorvente de 10 g L-1 para a AMX e o PAR e 12,5 g L-1 para o DCF. Na investigação do equilíbrio de adsorção, a isoterma de Langmuir foi que melhor descreveu o comportamento da AMX a 25 e 35 ºC, e o modelo de Sips a 45 ºC. Já a adsorção do DCF foi melhor representada pela isoterma de Freundlich e o PAR pela de Redlich-Peterson. O estudo termodinâmico indicou que a adsorção dos três fármacos é espontânea e favorável nas temperaturas avaliadas, além de aumentar com o aumento da temperatura. Na adsorção em coluna de leito fixo, foi observado que o tempo de saturação diminuiu com o aumento de C0 e de Q. A massa de adsorvente exerceu efeito positivo, sendo observados maiores tempos de operação da coluna para leitos maiores de carvão. Foi verificado que qsat aumentou com o aumento de C0 e diminuição da para o planejamento do PAR, onde essa variável foi significativa. Já o aumento da massa de adsorvente aumentou qsat no planejamento do PAR e diminuiu nos casos da AMX e DCF. Na comparação entre as curvas de ruptura foi observado que a adsorção contínua refletiu o comportamento da adsorção em batelada. A AMX foi o fármaco que atingiu o menor percentual de remoção e a menor quantidade adsorvida nas mesmas condições dos outros fármacos nos ensaios em batelada. Ela também foi o poluente que apresentou os menores tempos de saturação, seguido do DCF e do PAR, na adsorção em coluna de leito fixo. Foi constatado que o modelo de Yan foi o que melhor reproduziu o comportamento das curvas de ruptura para os três fármacos, na comparação com os outros modelos analíticos e o modelo numérico proposto no software EMSO. Assim, verificou-se que os processos de adsorção em batelada e em coluna de leito fixo se mostraram efetivos para a remoção de fármacos de diferentes classes presentes em água. Assim, a tecnologia proposta demonstra potencial de aplicação no tratamento avançado de água e efluentes, como os hospitalares, que contenham contaminantes dessa natureza.

Palavras-chave: adsorção, carvão ativado, coluna de leito fixo, contaminantes emergentes, amoxicilina, diclofenaco sódico, paracetamol.