Avaliação do transporte de atenolol por diferentes membranas de troca iônica em um processo de eletrodiálise

Abstract

A oxidação eletroquímica avançada tem se mostrado um processo eficaz na degradação de fármacos de águas contaminadas. No entanto, as baixas concentrações destes contaminantes identificadas em amostras de água podem limitar o processo em virtude da dificuldade de transportá-lo até a superfície do ânodo para ser degradado. Com isso, algumas soluções têm sido propostas pela comunidade científica, como o uso de um reator híbrido de oxidação eletroquímica avançada e eletrodiálise para concentrar e degradar os contaminantes orgânicos ao mesmo tempo. No entanto, a interação entre fármacos e membranas íon-seletivas e o transporte decorrente da aplicação de corrente elétrica ainda não são claros. Este trabalho pretende, portanto, avaliar a aplicabilidade da eletrodiálise como técnica eficaz na concentração do fármaco atenolol (ATL) como uma etapa prévia ao estudo deste sistema híbrido. Para tanto, foram avaliadas três membranas catiônicas distintas por meio da realização de experimentos de eletrodiálise, ion uptake e cronopotenciometria. Foi investigado o efeito de parâmetros como o pH, concentração de co-íons e condições de densidade de corrente acima e abaixo da limite na interação ATL-membrana, bem como seu transporte por elas. Os resultados obtidos apontam que o ATL se liga às membranas majoritariamente por meio de interações eletrostáticas com os grupos funcionais. Esta interação foi favorecida em condições de pH igual ou menores que o pKa (9,7) nas quais o fármaco apresenta carga positiva. Ainda, o transporte do ATL ocorreu em todas as condições de corrente avaliadas e as três membranas catiônicas estudadas apresentaram resultados muito similares. Uma diferença no balanço de massa, bem como nos fluxos calculados para os compartimentos diluído e concentrado sugere que o ATL fique retido temporariamente no interior da membrana e permeie por ela com aplicação do campo elétrico. A presença de co-íons não interfere na interação ATL-membrana nem mesmo em seu transporte quando ambas as espécies iônicas estão em concentrações análogas. Por fim, os cronopotenciogramas sugeriram que o ATL não provoca fouling ou envenenamento das membranas. Com isso, é possível afirmar que a eletrodiálise pode ser aplicada como uma técnica eficaz para a concentração de ATL.

Electrochemical advanced oxidation has proven to be an effective process for removing drugs from contaminated water. However, the low concentrations of these contaminants identified in water samples can limit the process due to the difficulty of transporting it to the anode surface to be degraded. A hybrid reactor combining electrochemical advanced oxidation and electrodialysis has been proposed to concentrate and degrade organic contaminants from water simultaneously. However, the interaction between drugs and ion-exchange membranes besides the transport resulting from the application of electric current are still pathless and unclear. Therefore, this work aims to evaluate the applicability of electrodialysis as an effective technique to concentrate the pharmaceutical atenolol (ATL) as a previous step in the study of this hybrid system. For that, three different cationic membranes were evaluated through electrodialysis, ion uptake and chronopotentiometry experiments. The effect of parameters such as pH, co-ion concentration and current density conditions (under- and overlimiting) on the ATL-membrane interaction, as well as their transport through them, was investigated. The results obtained indicate that ATL attaches to membranes mainly through electrostatic interactions with functional groups. This interaction was enhanced at pH equal to or lower than pKa (9.7) in which ATL has a positive charge. Furthermore, the transport of ATL occurred under all current conditions evaluated and the three cationic membranes showed similar results. A difference in the mass balance, as well as in the fluxes calculated for the diluted and concentrated compartments, suggests that the ATL is temporarily retained inside the membrane and permeates through it with the application of the electric field. The presence of co-ions does not interfere with the ATL-membrane interaction or even its transport when both ionic species are in similar concentrations. Finally, chronopotentiograms suggested that ATL does not cause fouling or membrane poisoning. Finally, it is possible to affirm that electrodialysis can be applied as an effective technique for the concentration of ATL.