Remoção de compostos farmacêuticos de águas residuais por biossorventes de baixo custo

Abstract

Na presente dissertação foi avaliada a capacidade de biossorção de diferentes biossorventes de baixo custo, nomeadamente borra de café, casca de ovo, resíduos de cortiça e casca de pinheiro, na remoção de compostos farmacêuticos de águas residuais. O psicofármaco fluoxetina foi o composto alvo de estudo. Os objetivos específicos deste trabalho incidiram sobre o estudo da cinética e equilíbrio de adsorção da fluoxetina e o estudo da influência do pH da solução na adsorção do fármaco em sistema fechado. Tinha-se ainda como objetivo o estudo da remoção de fluoxetina em sistema aberto. A superfície dos biossorventes foi caraterizada com recurso à espetroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e através da determinação do pH de ponto de carga zero (pHPZC). A análise morfológica e textural dos biossorventes foi realizada por microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Foi observado que os biossorventes apresentam uma natureza irregular e porosa na sua superfície, tendo sido também possível identificar os seus grupos funcionais caraterísticos. No estudo da cinética de adsorção ajustaram-se os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Elovich aos resultados experimentais obtidos em sistema fechado. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que conduziu ao melhor ajuste, assumindo que a quimissorção pode ser a etapa de controle da velocidade dos processos de adsorção. O tempo de equilíbrio de adsorção de fluoxetina alcançado nos ensaios cinéticos foi utilizado para a determinação das isotérmicas de adsorção de acordo com os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. A isotérmica de Sips foi a que melhor representou os dados experimentais de adsorção de fluoxetina aos biossorventes estudados. Os resultados mostraram que a eficiência de remoção de fluoxetina sofre influência do pH na faixa de 2 a 9. Os resultados obtidos para os ensaios em sistema aberto evidenciaram a remoção de fluoxetina de matrizes aquosas por recurso aos biossorventes utilizados. A casca de pinheiro foi o biossorvente que apresentou um melhor desempenho, porém não foi possível representar a respetiva curva de breakthrough, uma vez que não foi atingida a saturação do biossorvente, no final das 142 horas de ensaio, com um caudal de 0,6 mL/min e uma concentração inicial de fluoxetina de 10 mg/L. De um modo geral, os resultados demonstraram que os biossorventes de baixo custo utilizados neste estudo apresentam potencial para a remoção de fluoxetina de águas residuais.

In the present dissertation the biosorption capacity of different low cost biosorbents, namely coffee grounds, egg shells, cork residues and pine bark, was evaluated for the removal of pharmaceutical compounds from wastewater. The psychoactive drug fluoxetine was the target compound of this study. The specific objectives of this work were the study of the kinetics and equilibrium, adsorption of fluoxetine and the study of the influence of the solution pH on the adsorption in batch system. The removal of fluoxetine in open system was also investigated. The surface of the biosorbents was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and by the determination of the pH of point of zero charge (pHPZC). The morphological and textural analysis of the biosorbents was performed by scanning electron microscopy (SEM). It was observed that the biosorbents present an irregular and porous surface, and it was also possible to identify their characteristic functional groups. The kinetic models of pseudo-first order, pseudo-second order and Elovich were adjusted to the experimental data obtained in batch system. The pseudo-second order model was the one that led to the better adjustment, assuming that chemisorption is the rate-limiting step in the adsorption process. The adsorption equilibrium time determined in the kinetic tests was used to determine the adsorption isotherms according to the Langmuir, Freundlich and Sips models. For all biosorbents tested, the best fitting was the one given by the Sips isotherm model. The results showed that the removal efficiency of fluoxetine is influenced by the solution pH in the range 2 to 9. The results obtained from the open system assays revealed that fluoxetine was removed from aqueous matrices using the selected biosorbents. The pine bark was the biosorbent that presented better performance, but it was not possible to represent the respective breakthrough curve, since the saturation of the biosorbent was not reached at the end of the 142 hours of assay, with a flow rate of 0.6 mL/min and an initial concentration of fluoxetine of 10 mg /L. Overall, the results demonstrated that the low cost biosorbents used in this study have potential for the removal of fluoxetine from wastewater.