Desenvolvimento de Sistema empregando Eletrodo de Grafite Modificado para degradação de fármaco por processo oxidativo avançado eletroquímico

Abstract

O cloridrato de metformina é um fármaco usado para tratamento da diabetes. Entretanto, o aumento do seu consumo, aliado ao fato de que apenas cerca de 10% do fármaco é metabolizado pelo organismo, pode contribuir para a contaminação de ambientes aquáticos. Assim, o objetivo desta pesquisa foi degradar o fármaco cloridrato de metformina empregando diferentes processos oxidativos avançados eletroquímicos (POAE). Para tal, foi utilizado um par de eletrodos composto por grafite impregnado com magnetita (ânodo) e grafite (cátodo). Inicialmente, foram avaliados diferentes eletrólitos (NaNO₃, NaCl, Na₂SO₄, KCl e NH₄Cl, a 0,05 mol·L⁻¹) no processo eletro-Fenton (EF), sendo o maior percentual de degradação (73,7%) obtido com NaCl para a solução aquosa (SA). Posteriormente, avaliou-se a eficiência da densidade de corrente, alcançando 83,55% para 30 mA·cm⁻², após 60 min. Para verificar que a impregnação do catalisador aumenta a eficiência, nas condições supracitadas, ensaios com eletrodo de grafite foram realizados, resultando em 69% de degradação. A distância entre os eletrodos também foi avaliada, sendo 3 cm a condição mais eficiente. Após a definição dos parâmetros experimentais, foram realizadas modificações na superfície do eletrodo, verificando-se que o tratamento ácido favoreceu a aderência da magnetita. Entre os eletrodos desenvolvidos, as maiores degradações foram obtidos com os eletrodos Lixa 40 + HCl + magnetita + calcinado (L401MC) e Lixa ferro + HCl + magnetita + calcinado (LFE1MC), sendo este último selecionado já que a lixa de ferro promove ranhuras maiores. O eletrodo selecionado foi caracterizado por diferentes técnicas analíticas evidenciando estabilidade térmica, presença dos grupos funcionais característicos da magnetita e uma superfície porosa e irregular com boa dispersão do catalisador. A concentração de ferro no eletrodo modificado foi de 60,18 ± 0,47 mg·L⁻¹, enquanto na solução antes e após o tratamento foram de 0,08 ± 0,02 mg·L⁻¹ e 0,24 ± 0,01 mg·L⁻¹, respectivamente. A aplicação do processo foto-eletro-Fenton, com radiações sunlight, UV-C e LED, não promoveu aumento da degradação quando comparado ao EF. O processo EF com o eletrodo LFE1MC foi aplicado ao tratamento do efluente sintético (ES), alcançando 71,02% de degradação, para 60 mA·cm-2 e NaCl (0,05 mol·L-1), e para o efluente de centro de pesquisa (ECP), foi obtido 61,5% de degradação, ambos após 60 min. O acompanhamento cinético indicou que a degradação da SA, do ES e do ECP segue um modelo de pseudo-primeira ordem. Ao final do estudo cinético, foram obtidas eficiências de degradação de 99,57% para a SA, 94,05% para o ES e 73,2% para o ECP, sendo observada ainda uma redução de 70,8% da demanda química de oxigênio do ECP. Ensaios de reúso do eletrodo foram realizados por 10 ciclos consecutivos, obtendo-se eficiências de 97,6%, 90,5% e 69,3% ao final do décimo ciclo para a SA, ES e ECP, respectivamente, evidenciando a estabilidade e a viabilidade do material desenvolvido. O sistema também foi operado utilizando um sistema fotovoltaico off-grid como fonte de energia, em que as degradações obtidas permaneceram próximas àquelas alcançadas com energia elétrica da rede convencional. Nos ensaios de toxicidade in vivo com Tenebrio molitor, observou-se redução do efeito tóxico para as matrizes mais complexas após o tratamento. Os testes com Allium cepa não indicaram citotoxicidade nem evidenciaram de efeito genotóxico. Diante desse resultado, foi avaliado tratamento combinado (EF + adsorção), resultando em valores de ICR>0,8 e IG>80% para Allium cepa. De modo geral, os resultados demonstram que os eletrodos desenvolvidos apresentam elevada eficiência e versatilidade na degradação de contaminantes emergentes em matrizes aquosas.