Degradação Fotocatalítica de Sulfonamidas

RESUMO

As sulfonamidas são amplamente utilizadas na medicina humana e veterinária no tratamento de doenças microbianas infecciosas. Elas podem ser encontradas em corpos d´água, esgoto e em estações de tratamento de água e efluente. Mesmo sua ocorrência sendo dada em baixas concentrações, há um potencial destas de causar efeitos adversos no ecossistema. Sistemas de tratamento convencionais não são capazes de remover completamente tais compostos e, portanto, tratamentos mais eficazes e específicos são necessários para reduzir o impacto ambiental. A fotocatálise heterogênea utilizando o TiO2 como catalisador é recomendada para a degradação de compostos orgânicos que são resistentes à biodegradação, podendo ou não resultar numa completa mineralização e/ou em produtos biodegradáveis. Ela se baseia na geração de radicais livres, principalmente o radical hidroxila (HO), que apresenta um elevado potencial de redução. Neste trabalho foi avaliada a eficiência dos processos de fotólise (UVC e UVA) e fotocatálise (UVC/TiO2 e UVA/TiO2) na degradação de três sulfonamidas a sulfadiazina (SDZ), sulfametazina (SMZ) e a sulfatiazol (STZ). Para isso, foram realizados ensaios variando o tempo de reação de 0 a 30 minutos para os ensaios com radiação UVC e de 0 a 340 minutos para os processos com radiação UVA. O catalisador em suspensão utilizado foi o P25 da Evonik, variando sua carga de 1 a 200 mg L-1. Observou-se que a fotólise UVC foi mais eficiente na degradação das sulfonamidas que a fotólise UVA. Porém, UVA/TiO2 foi mais eficiente em termos energéticos e não gerou produtos de degradação mais tóxicos, em comparação com UVC/TiO2. Após a realização destes ensaios, foi escolhida a segunda melhor condição de degradação (UVA/50 mg L-1 TiO2) para realização de ensaios com adição de peróxido de hidrogênio (razão estequiométria 11, 110, 120 e 150), uso de aeração e variação da concentração inicial dos fármacos (50, 100, 200 e 400 g L-1) e do pH inicial da solução de trabalho (pH 4,0 e pH 9,0). Tais experimentos foram realizados a fim de avaliar a influência destes parâmetros na eficiência do processo fotocatalítico na degradação das sulfonamidas. Como resultado, foi observada somente uma maior degradação da STZ nos ensaios com H2O2 de 110 e adição de aeração. Também foi avaliada a eficiência fotocatalítica na degradação das sulfonamidas em diferentes matrizes aquosas, sendo elas água ultrapura, água mineral, água de abastecimento desclorada e água superficial de lagoa. Observou-se que o processo fotocatalítico sofreu influência de sais mineirais e matéria orgânica na degradação das sulfonamidas. Houve uma maior degradação em água ultrapura, seguida da água de abastecimento, água mineral e por fim, a água superficial de lagoa. Foram feitos testes de toxicidade utilizando a bactéria marinha Vibrio fischeri. Nesses ensaios foi notada que nos processos envolvendo a geração de OH, houve a geração de produtos de degradação mais tóxicos. A toxicidade das soluções não sofreu influência da matriz aquosa em questão, pois foi observado nos experimentos que o efeito na inibição da luminescência na bactéria marinha não foi significativo.

ABSTRACT

Sulfonamides are widely used in human and veterinary medicine in the treatment of infectious microbial diseases. They can be found in bodies of water, sewage and in water and effluent treatment plants. Even though its occurrence being given in low concentrations, there is a potential to cause adverse effects on the ecosystem. Conventional treatment systems are not able to completely remove such compounds. Therefore more effective and specific treatments are needed to reduce the environmental impact. Heterogeneous photocatalysis using TiO2 as a catalyst is recommended for the degradation of organic compounds that are resistant to biodegradation, which may or may not lead to their complete mineralization and/or turn them into biodegradable products. It is based on the generation of radicals, especially the hydroxyl radical (HO), which has a high reduction potential. In this work the efficiency of the photolysis processes (UVC and UVA) and photocatalysis (UVC/TiO2 and UVA/TiO2) in the degradation of three sulfonamides sulfadiazine (SDZ), sulfametazine (SMZ) and sulfathiazole (STZ) were evaluated. So, tests were performed varying the reaction time from 0 to 30 minutes for the UVC processes and 0 to 340 minutes for the UVA processes. The catalyst in suspension used was Evonik P25, varying its load from 1 to 200 mg L-1. It has been observed that UVC photolysis is more efficient in sulfonamide degradation than UVA photolysis. However, UVA/TiO2 showed more efficiency in energetic therms and does not generate toxic degradation products compared to UVC/TiO2. After this, the second best degradation condition (UVA/50 mg L-1 TiO2) was chosen for hydrogen peroxide addition tests (stoichiometric ratio 11, 110, 120 and 150), initial sulfonamides variation tests (50, 100, 200 and 400 g L-1 of each), variation of the initial pH of the working solution tests (pH 4.0 and pH 9.0) and the use of aeration test. These experiments were carried out in order to evaluate the influence of these on the photocatalytic process efficiency in the sulfonamides degradation. As a result, only a higher degradation of STZ was observed in the H2O2 110 tests and addition of aeration tests. The photocatalytic efficiency was also evaluated in different aqueous matrices (ultrapure water, mineral water, dechlorinated tap water and lake surface water). It was observed that the photocatalytic process is influenced by mineral salts and organic matter in the degradation of the sulfonamides. There was a greater degradation in ultrapure water, followed by the tap water, mineral water and lake surface water. Toxicity tests were performed using the marine bacteria Vibrio fischeri. In these tests the influence of the HO on the toxicity of the solutions was noted. I.e, their involvement in the compounds oxidation generates toxic degradation products. And finally, that the toxicity of the solutions is not influenced by the aqueous matrix in question, since the experiments showed that the effect on the inhibition of luminescence in the marine bacteria was not significant.