Desenvolvimento de membranas poliméricas utilizando solventes de fonte renovável para remoção de rosuvastatina

Abstract

Contaminantes de preocupação emergente (CPE), como fármacos de uso contínuo, representam um desafio crescente para a saúde pública e a proteção ambiental. Entre eles, destaca-se a rosuvastatina, um dos medicamentos hipolipemiantes mais prescritos no mundo, utilizada no tratamento de dislipidemias. Por ser pouco metabolizada pelo organismo e apresentar baixa biodegradabilidade, a rosuvastatina é frequentemente detectada em cursos d’água e águas subterrâneas, mesmo em concentrações de traço, podendo causar efeitos adversos em organismos aquáticos e riscos potenciais à saúde humana. Tecnologias de separação por membranas poliméricas têm ganhado destaque no tratamento de água e esgoto para remoção de CPEs, sendo consideradas soluções sustentáveis devido ao baixo consumo energético e à viabilidade de escala industrial. No entanto, a fabricação convencional dessas membranas utiliza solventes orgânicos tóxicos, como N-metil-2-pirrolidona (NMP) e dimetilacetamida (DMAc), que apresentam riscos ambientais e à saúde humana. Esses solventes são progressivamente restringidos ou proibidos em diversos países, por integrarem lista de substâncias de alta preocupação. Nesse contexto, a substituição por solventes de fonte renovável tem despertado grande interesse. Neste trabalho, foram desenvolvidas membranas poliméricas de polissulfona (PSU) utilizando Di-hidrolevoglucosenona (Cyrene™), 𝛾- Valerolactona (GVL) e misturas desses solventes verdes, além de membranas de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) empregando exclusivamente GVL como solvente. Também foi avaliado o efeito de tratamento térmico para aprimorar o desempenho de filtração e a eficiência de remoção de fármacos das membranas de PVDF. Os resultados indicaram que Cyrene™ e GVL são alternativas promissoras para substituir solventes tóxicos na produção de membranas mais sustentáveis. As membranas de PSU obtidas com misturas de Cyrene™ e GVL, assim como as membranas de PVDF produzidas com GVL, alcançaram rejeição de até 80% do fármaco rosuvastatina, desempenho comparável ao de algumas membranas comerciais. Ensaios de longo prazo confirmaram a estabilidade do desempenho das membranas de PVDF em termos de rejeição, fluxo de permeado e recuperação de fluxo. De forma geral, os resultados são promissores e abrem caminho para novas pesquisas, com vistas à produção comercial de membranas utilizando solventes de fonte renovável como uma alternativa mais ecológica e alinhada às metas globais de sustentabilidade.

Contaminants of emerging concerns (CECs), such as continuously used pharmaceuticals, represent a growing challenge for public health and environmental protection. Among them, rosuvastatin stands out as one of the most prescribed lipid-lowering drugs worldwide, used in the treatment of dyslipidemias. Due to its low metabolism in the human body and poor biodegradability, rosuvastatin is frequently detected in surface waters and groundwater, even at trace concentrations, potentially causing adverse effects on aquatic organisms and posing risks to human health. Polymeric membrane separation technologies have gained prominence in water and wastewater treatment for the removal of CECs, being considered sustainable solutions due to their low energy consumption and scalability to industrial applications. However, conventional fabrication of these membranes relies on toxic organic solvents, such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and dimethylacetamide (DMAc), which pose environmental and human health risks. These solvents are progressively being restricted or banned in several countries for being included on the list of substances of very high concern. In this context, the substitution of such solvents with renewable-based alternatives has attracted increasing interest. In this work, polysulfone (PSU) membranes were developed using dihydrolevoglucosenone (Cyrene™), γ-valerolactone (GVL), and their mixtures, as well as poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes prepared exclusively with GVL as solvent. The effect of thermal treatment was also evaluated to improve the filtration performance and pharmaceutical removal efficiency of PVDF membranes. The results indicated that Cyrene™ and GVL are promising alternatives to toxic solvents for producing more sustainable membranes. PSU membranes obtained with Cyrene™/GVL mixtures, as well as PVDF membranes fabricated with GVL, achieved up to 80% rejection of rosuvastatin, a performance comparable to that of some commercial membranes. Long-term experiments confirmed the stability of PVDF membranes in terms of rejection, permeate flux, and flux recovery. Overall, the findings are promising and pave the way for further research toward the commercial production of membranes using renewable-based solvents as a greener alternative aligned with global sustainability goals.