Adsorção de clonazepam, cloroquina, propranolol e metformina em solução aquosa usando nanocompósito magnético de óxido de grafeno

Abstract

O processo de adsorção utilizando nanocompósitos à base de grafeno como adsorvente tem se revelado uma alternativa promissora na remoção de poluentes persistentes, como os produtos farmacêuticos, que em razão do seu alto consumo, associado ao descarte incorreto, e aos tratamentos ineficientes efluentes e águas, são constantemente liberados nos ecossistemas aquáticos. Diante disso, este trabalho tem por objetivo avaliar a remoção de clonazepam, cloroquina, propranolol e metformina, fármacos de quatro classes distintas, em soluções aquosas por meio da técnica de adsorção em óxido de grafeno (OG) funcionalizado com magnetita (OGMn). Para isso, foi obtido o óxido de grafeno utilizando o método de Hummers modificado e em seguida funcionalizado com magnetita via co-precipitação. O nanocompósito sintetizado foi caracterizado quanto à sua morfologia, composição e carga superficial. Ensaios relacionados à cinética de adsorção, isotermas de equilíbrio e reuso do adsorvente foram estudados e parâmetros de otimização como dosagem do adsorvente e pH inicial foram determinados. Também foi avaliada a toxicidade do adsorvato antes e após a adsorção, mediante ensaios de fitotoxicidade. O nanocompósito apresentou área superficial BET igual a 294,47 m2.g-1 com predominância de mesoporos ordenados em sua estrutura. O espectro de FTIR e a análise de EDS confirmaram a presença de ferro na superfície do material. As micrografias obtidas mostraram nanopartículas de Fe3O4 distribuídas de forma heterogênea na superfície do OG, evidenciando assim sua formação. O VSM indicou que o nanocompósito apresenta comportamento superparamagnético com uma magnetização de saturação de 6,64 emu.g-1 e análise de TGA indicou que o OGMn apresentou maior estabilidade térmica frente OG, seu precursor, e o pHPCZ igual a 6,94. Os estudos de adsorção indicaram que a dosagem ótima de OGMn foi de 1,2 g.L-1 para clonazepam e propranolol, 1,4 g L-1 para cloroquina e 1,6 g.L-1 para metformina. Além disso, os testes indicaram que o pH inicial não tem influência na taxa de remoção dos fármacos estudados na faixa de pH entre 4-9. No geral, a adsorção dos fármacos no OGMn ocorreu rapidamente, com o equilíbrio adsorvente-adsorvato alcançado logo nos primeiros minutos, e os dados experimentais seguiram modelo cinético de pseudo-segunda ordem, com exceção dos dados experimentais do clonazepam, que seguiram o modelo cinético de pseudo-primeira ordem. A isoterma de Langmuir foi a que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais do clonazepam, exibindo capacidade máxima de adsorção de 20,63 mg. g-1 a 298 K. Enquanto a isoterma de Sips apresentou melhor ajuste aos demais fármacos também a 298 K, e as capacidades máximas de adsorção previstas para cloroquina, propranolol e metformina foram 44,01, 16,82 e 12,23 mg.g-1, respectivamente. O nanocompósito apresentou bom potencial de reaproveitamento, e o efluente não apresentou toxicidade para as sementes de agrião (Lepidium sativum) após tratamento via adsorção com OGMn. Os resultados obtidos indicaram que o adsorvente sintetizado pode ser utilizado para remoção de clonazepam, cloroquina, propranolol e metformina em matrizes aquosas.