Degradação do betabloqueador atenolol por oxidação eletroquímica avançada em ânodo de Nb/DDB

Abstract

A origem de muitos contaminantes de preocupação emergente (CPEs) está diretamente associada às águas residuais urbanas, visto que as estações convencionais de tratamento de efluentes (ETE) não são suficientemente eficazes na remoção desses contaminantes. O atenolol (ATN) é um fármaco betabloqueador pertencente aos CPEs, amplamente usado no mundo para o tratamento de doenças cardiovasculares, como a hipertensão. Nesse trabalho, o processo de oxidação eletroquímica avançada (OEA) na remoção do ATN foi avaliado utilizando um ânodo de diamante dopado com boro, com uma concentração de boro igual a 5000 ppm (Nb/DDB5000). Os ensaios de OEA foram realizados em triplicata, variando-se a intensidade de corrente (0,5 A, 1 A, 2 A e 3 A) e o pH inicial da solução (pH 3 e pH 10). Além disso, o ânodo foi caracterizado por voltametria cíclica (VC). Os resultados de VC demonstraram que o ânodo de Nb/DDB5000 apresenta baixo conteúdo de impurezas grafíticas sp2, o que o caracteriza como um eletrodo de diamante policristalino de alta qualidade. Os resultados mostraram ainda que, para as correntes aplicadas de 0,5 A e 1 A, o decaimento do ATN foi semelhante e que o regime de decaimento do ATN é controlado pela corrente. Por outro lado, quando uma corrente de 2 A ou 3 A foi aplicada houve um aumento do decaimento do ATN e este foi limitado pelo transporte de massa. Além disso, um aumento na corrente aplicada levou a um aumento na mineralização. Para todas as correntes aplicadas uma cinética de primeira ordem foi verificada, seguindo o modelo de Langmuir-Hinshelwood. A eficiência de corrente para mineralização apresentou os melhores resultados para menores correntes, o que pode ser explicado pela menor concorrência com as reações paralelas de evolução de oxigênio. Além disso, o consumo energético foi maior para as correntes maiores porque foi necessário uma tensão maior para alcançar a corrente aplicada. O pH inicial da solução (pH 3 ou pH 10) não afetou os resultados de degradação e mineralização do ATN, mas afetou a rota de degradação. Assim, o processo de OEA mostrou-se uma opção viável na degradação e mineralização do atenolol, devido ao fácil escalonamento, evitando assim que esse contaminante seja lançado no meio ambiente.

The source of many contaminants of emerging concern (CECs) is directly associated with urban wastewater, since conventional wastewater treatment plants (WTP) are not sufficiently effective in the removal of such contaminants. Atenolol (ATN) is a beta-blocker drug belonging to CECs, world widely used in the treatment of cardiovascular diseases such as hypertension. In this work, the advanced electrochemical oxidation (AEO) process in ATN removal was evaluated using a boron doped diamond anode with a boron concentration of 5000 ppm (Nb/DDB5000). The AEO essays were performed in triplicate, varying the current intensity (0.5 A, 1 A, 2 A and 3 A) and the initial solution pH (pH 3 and pH 10). In addition, the anode was characterized by cyclic voltammetry (CV). The results of CV showed that the anode of Nb/DDB5000 has low content of sp² graphite impurities, which characterizes it as a high quality polycrystalline diamond electrode. The results showed that, for the applied currents of 0.5 A and 1 A, the decay of the ATN was similar and that the ATN decay regime was controlled by the current. On the other hand, when a current of 2 A or 3 A is applied there is an increase in ATN decay and this is limited by mass transport. Furthermore, an increase in the applied current leads to an increase in mineralization. For all the currents applied a first order kinetic was verified, following the Langmuir-Hinshelwood model. The current efficiency for mineralization showed the best results for lower currents, which can be explained by the lower competition with the parallel reactions of oxygen evolution. In addition, the energy consumption is higher for higher currents because a higher voltage is required to reach the applied current. The initial pH of the solution (pH 3 or pH 10) does not affect the degradation and mineralization results of ATN, but affects the route of degradation. Thus, the AEO process is presented as a viable option in the degradation and mineralization of atenolol, due to its easy scaling, preventing this contaminant from being released into the environment.