UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

DEGRADAÇÃO DA HIDROCLOROTIAZIDA POR PROCESSO UV/H2O2

BÁRBARA ALMEIDA DE LIMA

NATAL – Junho

2018

Bárbara Almeida de Lima

DEGRADAÇÃO DA HIDROCLOROTIAZIDA POR PROCESSO UV/H2O2

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado junto a

coordenação do curso de Engenharia Ambiental da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos

básico para a obtenção do grau de Engenheiro Ambiental.

Orientador: Prof. Dr. Douglas do Nascimento Silva

Coorientador: Profa. Ma. Larissa Caroline Saraiva Ferreira

Natal - Junho

2018

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Lima, Bárbara Almeida de.

Degradação da Hidroclorotiazida por processo UV/H2O2 / Bárbara Almeida de Lima. - 2018.

38 f.: il.

Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil,

Curso de Engenharia Ambiental. Natal, RN, 2018.

Orientador: Prof. Dr. Douglas do Nascimento Silva.

Coorientadora: Profª. Ma. Larissa Caroline Saraiva Ferreira.

1. Poluentes emergentes - Monografia. 2. Fármacos -

Monografia. 3. Processos avançados - Monografia. 4.

Descontaminação - Monografia. I. Silva, Douglas do Nascimento.

II. Ferreira, Larissa Caroline Saraiva. III. Título.

RN/UF/BCZM CDU 504.5

Elaborado por FERNANDA DE MEDEIROS FERREIRA AQUINO - CRB-15/316

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, sem ele nenhum objetivo é alcançado com glória, tudo no tempo Dele,

tudo da melhor maneira para se acontecer.

Á minha mãe e irmã que sempre me deram todo apoio e sempre estiveram ao meu lado nos

melhores e piores momentos, além de uma gigante paciência com os estresses de um último

semestre, e até não apenas só o último.

Ao meu companheiro, Artur, que sempre se mostrou solícito comigo nos momentos de

naufrágio e me ajudou a me reerguer independente de quaisquer que fossem os obstáculos.

Obrigado pelo companheirismo, auxilio, paciência, disposição para me acompanhar nas

minhas jornadas e por abrir mão junto comigo de várias coisas.

Aos meus orientadores nesta jornada, Professor Douglas e Professora Larissa, que sempre

estiveram a minha disposição, sem vocês esse TCC não sairia. Obrigado por todo auxilio!

Aos meus companheiros de laboratório, Fernando, Erika e Kaanda, por todos os momentos

vividos no NUPEG, especialmente a Fernando, que aguentou todos os meus desesperos, me

acalmava e encontrava soluções para os problemas, obrigado!

Não podendo esquecer também dos meus amigos do curso, que sempre me incentivaram com

suas brincadeiras, mas sem vocês eu mesma não acreditaria em mim, obrigado a todos, Igor,

Andreza, Filipe G., Mariliza, André, Raul, David.

Aos meus amigos em geral, gostaria de agradecer pela compreensão do sumiço. Para chegar-

mos a um objetivo precisamos abdicar de certas coisas, precisamos elencar prioridades e com

isso deixamos algumas coisas de lado, não por não serem importantes, mas por um motivo

maior em que as pessoas que nos amam de verdade estarão torcendo por nossas vitórias,

mesmo que pra isso algumas coisas mudem.

Aos meus Chefes do Estágio, João e Tiago, por toda compreensão para a conclusão do curso,

muito obrigada!

RESUMO

Os mananciais utilizados no abastecimento estão cada vez mais poluídos com substâncias que

as Estações de Tratamento de Esgoto convencionais não tratam. Umas das substâncias

problemáticas são os poluentes emergentes que podem afetar o sistema endócrino de seres

vivos, podendo ocorrer a feminização de peixes, quando consumidos em períodos de

desenvolvimento da espécie. Os poluentes emergentes (PE) não são degradados com

tratamentos convencionais. Para que os mesmos sejam degradados ou reduzidos a uma forma

mais biodegradável é necessário a utilização de processos avançados de oxidação (POAs),

biorreatores de membrana ou aumentar o tempo de retenção do lodo ativado. Neste trabalho

abordaremos a utilização de um POA, em escala laboratorial, para degradar o PE

Hidroclorotiazida (HCT), pelo processo UV / peróxido de hidrogênio, processo de oxidação

que utiliza peróxido de hidrogênio e luz UV para degradar o poluente. A degradação do HCT

foi bastante significativa, com resultados bem expressivos onde conseguiu-se eliminar todo

poluente em boa parte dos experimentos e no restante conseguiu-se atingir mais de 90% de

degradação. Assim, esse trabalho mostra que o POA utilizado é eficaz no tratamento de águas

residuais com este fármaco.

PALAVRAS CHAVE: Fármacos. Processos avançados. Descontaminação. Poluentes

emergentes. POA.

ABSTRACT

One of the environmental problems are related to the quality of water and for how much time

we will still have adequate water for human consumption. Our sources are increasingly pol-

luted with substances that STSs can’t treat with their treatment models. Some of the problem-

atic substances are the emergent pollutants that can affect the endocrine system of living be-

ings, and the feminization of fish may occur when consumed during periods of development

of the species. Emergent pollutants (EP) aren't degraded with conventional treatments. For it

to be degraded or reduced to a more biodegradable form it is necessary to use advanced oxi-

dation processes - AOP, membrane bioreactors or increase the time of the activated sludge. In

this article we will discuss the use of AOPs, in a bench scale, to degrade EP hydrochlorothia-

zide (HCT) by the UV / hydrogen peroxide process, oxidation process using hydrogen perox-

ide and UV light to degrade the pollutant. The degradation of HCT was quite significant, with

very significant results, it was possible to eliminate all the pollutants in most of the experi-

ments and in the rest it was possible to reach more than 90% of degradation. Thus, this work

shows that the AOP used is quite effective in the treatment of wastewater with this drug.

KEY WORDS: UV/ H2O2. Hydrochlorothiazide. Degradation. Emerging pollutants. POA.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Esquema do funcionamento do HPLC …………………......................................16

Figura 2 – Fórmula estrutural do HCT ………………………………………..………...........17

Figura 3 – Diferentes caminhos dos fármacos no meio ambiente ………………..................19

Figura 4 – Esquema do Reator Utilizado ……………………………………….....................25

Figura 5 – Esquema do Processo dos experimentos ……………………………....................26

Figura 6 – Ajuste de curvas do Experimento 1 da Etapa 1 .....................................................29

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Vantagens e desvantagens do POA/ H2O2 ………………...................................15

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Cálculo da solução inibidora ………………………………..................................22

Tabela 2 – Curva de calibração do HCT no HPLC ..................................................................23

Tabela 3 – Equações da cinética da reação …...........……………………………..................24

Tabela 4 - Planejamento experimental da etapa 2 …………………………………...............25

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Resultado dos experimentos da Etapa 1 ...............................................................27

Gráfico 2 – Cinética da degradação dos experimentos 1 ao 5 da Etapa 2 ...............................30

Gráfico 3 – Cinética da degradação dos experimentos 6 ao 10 da Etapa 2 .............................30

Gráfico 4 – Cinética da degradação dos experimentos 1, 2, 5, 9 e 10 da Etapa 2 ...................31

LISTA DE SIGLAS

ANA – Agência Nacional de Águas

DBO – Demanda bioquímica de oxigênio

CRQ – Conselho Regional de Química

DE – Desregulador Endócrino

ETA – Estação de Tratamento de Efluentes ( português de portugal)

ETE – Estação de Tratamento de Efluentes

FE – Fase estacionária do HPLC

FM – Fase móvel do HPLC

H2O2 – Peróxido de Hidrogênio

HCT – Hidroclorotiazida

HPLC - High performance liquid chromatography - Cromatografia líquida de alta eficiência.

IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry

nm – Nanomêtro

NUPEG - Núcleo de Ensino e Pesquisa em Petróleo e Gás da UFRN

PE – Poluente Emergente

pH – Potencial Hidrogeniônico

PPM – Partículas por milhão

POA – Processo Oxidativo Avançado

SCB - Sistema de Classificação Biofarmacêutica

TGI – Trato gastro intestinal

UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte

UV – Luz Ultravioleta

VTG – Vitelogenina

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO..................................................................................................................11

2. REVISÃO DE LITERATURA ..........................................................................................14

2.1. PROCESSO OXIDATIVO AVANÇADO .................................................................14

2.2. PROCESSO UV/ H2O2 ...............................................................................................15

2.3. ANÁLISE DE MONITORAMENTO – MÉTODO HPLC .......................................16

2.4. HIDROCLOROTIAZIDA ..........................................................................................17

2.5. FÁRMACOS E SAÚDE .............................................................................................18

3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ..............................................................................22

3.1. OBJETO DE ESTUDO ..............................................................................................22

3.2. DELINEAMENTO EXPERIMENTAL .....................................................................23

3.2.1. PRIMEIRA ETAPA .....................................................................................23

3.2.2. CINÉTICA DA REAÇÃO ............................................................................24

3.2.3. SEGUNDA ETAPA .....................................................................................24

3.2.4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .......................................................25

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .....................................................................................27

4.1. ETAPA 1 .....................................................................................................................27

4.2. CINÉTICA DA REAÇÃO .........................................................................................28

4.3. ETAPA 2 .....................................................................................................................29

5. CONCLUSÃO ...................................................................................................................33

6. REFERÊNCIAS .................................................................................................................34

11

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, tem sido observado crescente tendência em pesquisas voltadas para o

estudo da presença de poluentes emergentes nos corpos aquáticos e no sistema público de

abastecimento de água, principalmente na classe dos fármacos. Esse interesse é justificado

não somente pela quantidade que esses compostos tem sido consumidos e excretados, mas

principalmente, pelas consequências advindas ao meio ambiente e a saúde pública da

população.

Estudos mostram que uma das consequências para o corpo aquático são a feminização de

peixes (Mckeon et al, 1995) e resistência bacteriológica e antibiótica nos seres vivos

(Jorgensen et al, 1998; Gimeno et al, 1998).

O aumento da presença dos fármacos no meio ambiente é consequência do uso de

medicamentos pela população no tratamento de doenças, que ainda é mais acentuado com a

automedicação que aumenta o consumo desordenado e sem orientação médica, e contribui

para a presença excessiva desses compostos nos corpos aquáticos. Atualmente, cerca de 11

milhões de substâncias químicas são conhecidas, dentre elas, mais de 4.000 são produtos

farmacêuticos utilizados em cerca de 10.000 especialidades diferentes (GIGER, 2002). O

consumo em países desenvolvidos assusta, a Alemanha, por exemplo, têm superado desde

2001 a quantidade de 100 toneladas por ano de fármaco, esse sendo apenas os valores

registrados por vendas lícitas (TERNES et al, 2002).

O consumo excessivo de medicamentos alimenta a superprodução das indústrias

farmacêuticas, que fabricam e vendem quantidades alarmantes de medicamentos. No Brasil,

por exemplo, existiam no ano de 2015 456 indústrias farmacêuticas e 105.227 farmácias

comerciais, hospitalares, de manipulação e públicas, de acordo com o Conselho Federal de

Farmácia (2015). O Brasil se encontra em 6º posição entre os maiores mercados

consumidores de medicamentos no cenário mundial (CFF, 2016).

Dentre os diversos tipos de fármacos, destaca-se a Hidroclorotiazida (HCT), fármaco

antiipertensivo de grande consumo, que se encontra de 12 compostos prioritários para estudos

no período de 2015 a 2020 HOCHSTRAT (2015). este fármaco se encontra na lista de 12

compostos prioritários para estudos no período de 2015 a 2020. Estudos que analisam a

presença de fármacos em rios, obtiveram concentrações elevadas de HCT entre 24 fármacos

estudados (VALCÁRCEL, et al., 2011).

12

A forma como os fármacos atingem o sistema de esgoto e os corpos aquáticos se dá através de

excreção, isso porque eles são metabolizados ao serem consumidos, por órgãos como fígado,

rins, glândulas suprarrenais e pulmões e então são excretados na composição original ou

modificados. (SARMAH et al., 2006). Também podem chegar ao sistema de esgotamento da

cidade pelo descarte incorreto dos medicamentos vencidos.

As ações de alguns destes compostos sobre a biota acarretam disfunções reprodutivas e

estudos apontam que também podem ser indutores de cânceres. Em relação aos seres

humanos, embora ainda não tenham sido estabelecidas relações de causa e efeito conclusivas,

várias pesquisas indicam a possibilidade de que a maior incidência de distúrbios como

defeitos de nascimento, alterações comportamentais e neurológicas, deficiência imunológica,

puberdade acelerada, qualidade do sêmen e cânceres tenham relação com poluentes

emergentes com ação desreguladora endócrina (REIS FILHO et al, 2007).

Por causa dos problemas que os fármacos podem gerar no meio ambiente e aos seres vivos, há

uma necessidade de que as Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) tratem o esgoto

doméstico de forma que reduzam as concentrações após o tratamento. A metodologia

convencional utilizada no tratamento das ETEs é meramente biológica, que não é capaz de

eliminar por completo os fármacos que chegam às estações de tratamento de esgotos urbanos.

(SAAE, 2006). A análise de efluente tratado de uma planta de tratamento de efluentes na

Espanha quantificou a presença de metoprolol, propanolol, carbamazepina, ácido salicílico,

benzafibrato, ibuprofeno, acetoaminofeno, diclofenaco, naproxen e ácido clofíbrico na faixa

de concentração entre 0,01-0,69 µg L-1, isso mostrou que o processo convencional utilizado

pela ETE não foi eficaz para eliminar esses fármacos (PEDROUZO et al, 2007).

Na legislação brasileira são encontradas resoluções como a 357 de 2005, a 430 de 2011 do

CONAMA e a Portaria 2.914 de 2011 do Ministério da Saúde, que tratam das condições e

padrões de lançamento de efluentes e das concentrações máximas permitidas de compostos no

ambiente. Em nenhuma dessas legislações encontram-se padrões que regulam concentrações

máximas dos fármacos, tanto no manancial, como no esgoto a ser lançado e também na água

potável a ser consumida.

O Brasil apresenta um cenário parecido, segundo a ANA (2017), 70% dos municípios

brasileiros possuem remoção máxima de 30% da carga orgânica gerada e 56% dos municípios

possuem vazão suficiente para diluir a carga orgânica. A dificuldade no tratamento está

relacionada a quantidade de carga orgânica produzida. Yang (2011) através de estudos

13

comprovou a má eficiência dos tratamentos convencionais de ETEs, encontrando

concentrações de fármacos nos mananciais receptores do efluente.

Para o tratamento adequado dos poluentes emergentes é necessário que as ETEs possuam em

sua composição um tratamento específico e ideal para reduzir a concentração do fármaco.

Para atingir esse nível de tratamento de efluente, deve-se utilizar processos de tratamentos

avançados, como por exemplo os processos avançados de oxidação, biorreatores de

membrana ou aumentar o tempo do lodo ativado, mas os compostos ainda assim

permaneceriam no lodo (URASE E KIKUTA, 2005; SIRES et al., 2007; CARBALLA et al.,

2007). Dentre eles, os POAs se destacam pela grande eficiência na degradação de compostos

orgânicos tóxicos e persistentes, sem a necessidade de recorrer à utilização de outros

oxidantes químicos de maior potencial de contaminação (PIRKANNIEMI E SILLANPÄÄ,

2002; FREITAS et al., 2008).

Dentre os diversos métodos de POA destaca-se o processo UV/H2O2, procedimento simples

que utiliza, de modo geral, apenas um reator, radiação UV e o oxidante forte para degradar

contaminantes, como o peróxido de hidrogênio, que possui baixo custo no mercado e solúvel

em água.

Sendo assim, o presente trabalho analisou, em escala laboratorial, a remoção do fármaco

Hidroclorotiazida (HCT), de uma solução aquosa, utilizando reator de baixo custo e o

processo oxidativo avançado (POA), UV- H2O2 .

14

2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS

Os processos oxidativos avançados (POA) têm sido descritos como alternativa para a remoção

de poluentes persistentes e de efluentes com elevada carga orgânica, quando os tratamentos

convencionais não alcançam a eficiência necessária (AMORIM et al, 2009). Os POA se

baseiam em processos físico-químicos capazes de produzir alterações profundas na estrutura

química dos poluentes, e são definidos como processos envolvendo a geração e uso de agentes

oxidantes fortes, principalmente radicais hidroxila (HO•) (TARR, 2003).

Os radicais hidroxila são espécies extremamente reativas e pouco seletivas (MELLO et al,

2009). Esses radicais atacam moléculas orgânicas pela abstração de um átomo de hidrogênio

ou pela adição às duplas ligações, ofertando melhor rendimento ao processo. O mecanismo

mais aceito para a degradação de um composto orgânico genérico (R) pelo radical hidroxila

pode ser representado de acordo com as Equações 1 a 4.

HO• + RH → H2 O + R• (1)

R• + H2 O2 → ROH + HO• (2)

R• + O2 → ROO• (3)

ROO• + RH → ROOH + R• (4)

Esses radicais podem ser produzidos utilizando-se agentes oxidantes como o ozônio, o

peróxido de hidrogênio, além da radiação UV, ou de combinações como O3/H2O2, O3/UV,

H2O2/UV, O3/H2O2/UV, e da combinação de peróxido de hidrogênio com íons ferrosos no

chamado Reagente de Fenton (AZBAR et al, 2004).

Os POAS podem ser considerados economicamente e ecologicamente inadequados para tratar

águas residuais que possuam alta concentração de constituintes orgânicos, porque o consumo

de oxidantes aumenta com o aumento da quantidade de matéria orgânica. Entretanto, estes

processos podem ser usados para transformar os constituintes orgânicos recalcitrantes do

efluente em compostos mais biodegradáveis (GULYAS, 1997).

15

2.2. PROCESSO UV / H2O2

O processo UV / H2O2 usa o peróxido de hidrogênio como oxidante, que se converte em

radicais hidroxilas na presença ou não de luz UV. É considerado um oxidante versátil, sendo

superior ao cloro, ao dióxido de cloro e ao permanganato de potássio (MATTOS et al., 2003).

Ainda segundo MATTOS et al (2003) o peróxido ainda pode ser utilizado como agente

oxidante (H2O2 + 2H+ +2e

- > 2 H2O; 1,77 V) ou agente redutor (H2O2 + 20H > O2 + H2O +

2e- ; -O,15V).

O radical hidroxila pode ser eficientemente gerado a partir de sistemas que envolvem

peróxido de hidrogênio (H2O2) e radiação ultravioleta (UV), como mostrado na Equação 5

(TIBURTIUS & PERALTA-ZAMORA, 2004).

A produção do radical hidroxil envolve a cisão homolítica da molécula de peróxido, o que

ocorre com a quebra de uma ligação sigma de elevada energia (MORAIS, 2005).

H2O2 + hv (254 nm) → 2 ∙0H (5)

A formação do radical HO∙ ocorre devido à oxidação direta peróxido através da irradiação

UV, mostrado na equação 6, 7 e 8 (SOUZA et al., 2010).

H2O2 + hv → 2HO∙(6)

H2O2 + O2- → HO∙ + HO

- + O2 (7)

RH + HO∙ → H2O + R∙ → produtos oxidados (8)

As vantagens e desvantagens desse POA estão descritas no Quadro 1.

Quadro 1 – vantagens e desvantagens do POA UV/ H2O2

Vantagens Desvantagens

Solubilidade do peróxido em

água.Custo do processo

Geração de dois radicais OH- po

molécula de peróxido fotolisada

o peróxido funciona como um

capturador de radicais hidroxil

estabilidade térmica

Procedimentos de operação

simples

Inexistência de problemas de

tranferência de massa

taxa de oxidação química do

poluente é limitada pela taxa

de formação dos radicais

hidroxil

16

Fonte: FIOREZE et al, 2014

O emprego do H2O2 combinado com radiação ultravioleta resulta numa reação indireta, muito

poderosa por causa do potencial de oxidação do radical hidroxila (E0= +2,80 V) que é mais

elevado que o do peróxido de hidrogênio molecular (E0 = +1,78 V), podendo assim,

promover uma oxidação mais enérgica (BRITO & SILVA, 2012).

Um dos fatores mais negativos do peróxido de hidrogênio é o fato de que o mesmo pode agir

como capturador de radicais HO∙, mostrado na Equação 9 (SOUZA et al., 2010),

comprometendo a degradação.

H2O2 + HO∙ → H2O + HO- (9)

2.3. ANÁLISE DE MONITORAMENTO – MÉTODO HPLC

O monitoramento do processo pode ser realizado pela contagem de carbono no sistema pelo

analisador de carbono orgânico total, pela cromatografia líquida ou pela cromatografia gasosa.

O método da Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) funciona de forma que a

amostra é dissolvida em um solvente e introduzida na coluna cromatográfica preenchida com

a fase estacionária (FE), o solvente (FM) é bombeado com vazão constante e desloca os

componentes da mistura através da coluna. Esses se distribuem entre as duas fases de acordo

com suas afinidades e as substâncias com maior afinidade com a FE movem-se mais

lentamente. Já as substâncias com pouca afinidade com a FE movem-se mais rapidamente.

Então, ao sair da coluna, os componentes passam por um detector que emite um sinal elétrico

o qual é registrado, constituindo um cromatograma. (CRQ – IV, 2010) Um esquema do

funcionamento do HPLC é mostrado na Figura 1.

Figura 1 – Esquema do Funcionamento do HPLC .

Fonte: CRQ – IV, 2010

O processo de análise é validado por outros autores que também utilizaram da Cromatografia

líquida em suas análises, como Mello et al (2009), Vazques – Roig et al (2010), entre outros

que validam os resultados encontrados para a degradação por meio UV/H2O2.

17

A cromatografia gasosa se difere da líquida, pois a cromatografia gasosa separa os compostos

pela temperatura de ebulição dos mesmo.

2.4. HIDROCLOROTIAZIDA (HCT)

A composição deste medicamento em comprimidos de 50 mg é de hidroclorotiazida e

excipientes como amido, dióxido de silício, celulose micro cristalina, estearato de magnésio e

talco. O medicamento é utilizado para o tratamento da pressão alta, quer isoladamente ou em

associação com outros fármacos anti-hipertensivos. Pode ser ainda utilizado no tratamento

dos inchaços associados com insuficiência cardíaca congestiva (condição em que o coração é

incapaz de bombear sangue suficiente para satisfazer as necessidades do corpo), cirrose

hepática (condição ocasionada por certas doenças crônicas do fígado que destroem suas

células) e com a terapia por corticosteroides ou estrógenos (hormônios). Também é eficaz no

inchaço relacionado a várias formas de disfunção renal, como síndrome nefrótica (condição

caracterizada por presença de proteína na urina), glomerulonefrite aguda (inflamação dos

glomérulos dos rins) e insuficiência renal crônica (condição nas quais os rins apresentam

atividade abaixo dos níveis normais). (BRAINFARMA)

Figura 2 – Fórmula estrutural do HCT

Fonte: KONZEN et al, 2003

A HCT (Figura 2) possui a nomenclatura IUPAC (sistemática) 9-cloro-5,5-dioxo-5^6-tia-2,4-

diazabiciclo[4.4.0]deca-6,8,10-triene-8-sulfonamida, sua fórmula molecular é representada

por C7H8ClN3O4S2 e peso molecular igual a 297,75g/mol (ANVISA, 2010)

A HCT é um pó cristalino branco, praticamente inodoro, com sabor levemente amargo. O

fármaco é levemente solúvel em água, facilmente solúvel em álcool etílico e metílico, solúvel

em acetona, livremente solúvel em dimetilformamida, em n-butilamina, e em soluções de

hidróxidos alcalinos. É praticamente insolúvel em éter, em clorofórmio e em ácidos minerais

diluídos (Farmacopéia brasileira, 2010; MCEVOY, 2001).

18

É um fármaco diurético da classe dos tiazídicos. São chamados diuréticos os fármacos que

induzem ao aumento do fluxo urinário. Estes agentes são inibidores do transporte iônico,

diminuindo a reabsorção de Na+ em diferentes locais do néfron. Como resultado, o Na + e

outros íons como o Cl- , permanecem no filtrado em quantidades maiores que as habituais,

levando de modo passivo, água consigo, para manter o equilíbrio osmótico. (Mycek et al.,

1998).

A HCT é absorvido razoavelmente rápido pelo trato gastrintestinal (TGI) e começa a produzir

diurese em cerca de 1 hora (Berndt e Stitzel, 1996). Apresenta uma biodisponibilidade de 65 a

70% e estima-se que a HCT age no organismo durante 5 à 15 horas. Parece estar

preferencialmente ligada às células vermelhas sanguíneas, sendo excretada, em sua maioria

inalterada pela urina. A velocidade e a extensão com que a hidroclorotiazida é absorvida pelo

TGI depende da formulação administrada. Cerca de 61% do fármaco é eliminado pelo

organismo dentro de 24 horas (MCEVOY, 2001).

De acordo com o Sistema de Classificação Biofarmacêuticas (SCB) a HCT faz parte da classe

IV (Löbengerg e Amidon, 2000), ou seja, é um fármaco com baixa solubilidade e baixa

permeabilidade, tornando-se desafiador para as ETEs, pois os fármacos da classe IV são

aqueles que potencialmente apresentam problemas de absorção quando administrados por via

oral (Amidon et al., 1995).

2.5. FÁRMACOS E SAÚDE

Estudos realizados por UEDA et al, 2009, por meio de entrevista, mostram que 88,6% da

população descartam os fármacos no lixo doméstico, outros 9,2% o descarta por meio do

esgoto doméstico e 2,2% fazem esta destinação de outro modo. A consciência da população

quanto ao descarte desse tipo de resíduo sólido é fraca, o descarte no esgoto doméstico faz

com que os fármacos cheguem até o manancial e o descarte no lixo doméstico leva-os aos

aterros ou lixões onde os processos são a decomposição do lixo com liberação de gases dessa

composição ou a incineração, a Figura 3 ilustra como os fármacos consumidos podem chegar

nos mananciais.

19

Figura 3- Diferentes caminhos de fármacos no meio ambiente

Fonte: BILA e DEZOTTI, 2003.

Ainda não há estudos do comportamento de um fármaco nos aterros, mas hipoteticamente, o

fármaco pode sair por meio de gás ou se misturar ao chorume, indo à estação de tratamento do

aterro, quando se tem, permanecendo no meio ambiente. A incineração é um caso

preocupante, pois promove a queima de embalagens e frascos e pode promover a emissão de

dioxinas, caso não haja o controle correto da combustão (UEDA et al, 2009).

Segundo Ueda et al, 2009 entre 50 – 90 % de uma dosagem de fármaco é excretada pelo

organismo sem alterações e persiste no ambiente. Segundo Bila e Dezotti (2003)

investigações sobre a contaminação de diferentes ambientes aquáticos por fármacos residuais

revelam que esses contaminantes estão presentes em faixas de concentrações de µg/L e ηg/L.

Os fármacos foram detectados em todo mundo, tais como, antibióticos, hormônios,

anestésicos, antilipêmicos, meios de contraste de raios-X, antinflamatórios, entre outros,

foram detectados no esgoto doméstico, em águas superficiais e de subsolo. (STUMPF et al,

1999; TERNES, 1998; HISCH et al, 1999) Nas pesquisas de Stumpf et al (1999) a

concentração média nos efluentes das ETEs, dos fármacos estudados foram na faixa de 0,1 a

1,0 µg/L, nos rios as concentrações encontradas foram de 0,02 e 0,04 µg/L.

Segundo Bila e Dezotti (2003) os fármacos podem surtir efeito em quaisquer organismos e em

quaisquer níveis hierárquicos da biota, célula, órgãos, organismo, população, ecossistema.

20

Alguns autores falam sobre a resistência de microrganismos causados pela ação dos fármacos

no meio ambiente. Jorgensen et al (1998) em estudos mostrou indícios de que por meio da

exposição a fármacos em baixas concentrações ocorre a resistência a antibióticos. Miranda et

al (1998) investigou a resistência da espécie Aeromonas isoladas em ambientes aquáticos,

onde comprovou a obtenção da resistência com os antibióticos testados. A Escherichia coli

foi testada por Mckeon et al (1995), onde comprovou-se que a mesma adquiriu resistência a

16 antibióticos.

Estudos realizados por Irwin et al (2001) mostrou que as tartarugas fêmeas, da espécie

Chrysemys picta, quando expostas a estrogênio apresentam altos níveis de Vitelogenina

(VTG) no Plasma, que por consequência pode alterar o sistema reprodutivo, alterando a

produção de ovos.

Os efeitos dos fármacos em plantas e solo foi estudada por Migliore et al (1995), onde avaliou

os efeitos de antibióticos em três espécies de plantas e avaliou alteração no desenvolvimento,

crescimento e bioacumulação das plantas. Os fatores observados por Migliore foram a

modificação da microbiota do solo, onde observou-se o desenvolvimento de resistência

bacteriana e inibição do mecanismo natural do solo de remover pesticidas e xonobióticos.

Folmar et al (2000) associa doenças como câncer de mama, testicular e de próstata, ovários

policísticos e redução da fertilidade masculina, com a presença de fármacos na água,

dependendo da dose e do tempo de exposição.

O Comitê Científico da Toxicidade, Ecotoxicidade e Ambiente concluiu que, para a saúde

humana, há relação entre alguns desreguladores endócrinos e doenças, como o câncer de

testículo, de mama e de próstata, o declínio das taxas de espermatozoides, deformidades dos

órgãos reprodutivos e disfunção da tiroide.

Resta-nos então pensar sobre as regulamentações da exposição de fármacos no meio

ambiente. Boa parte do descarte incorreto ocorre por meio da ação da população, mostrando

que há falta de conscientização e falta de divulgação dos órgãos competentes do descarte

correto.

De acordo com a ANA (2017) do total de municípios do Brasil, 70% não possuem uma

estação de tratamento de esgotos. Dados do IBGE (2008) mostram que de 5 564 estações de

tratamento, apenas 129 possui outros tipos de tratamentos que não sejam os convencionais. E

ainda assim, as Indústrias farmacêuticas não são obrigadas, por leis, a receber o descarte de

21

fármacos, bem como os lojistas e distribuidoras (UEDA et al, 2009), deixando a deriva a

disposição desse resíduo.

22

3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

Os materiais utilizados foram um béquer (1L); uma lâmpada fluorescente (OSRAM HQL

de 400 W E 40, 55,0 lm/W), e um agitador magnético.

Os Reagentes utilizados foram: Hidroclorotiazida; H2O2 (> 29%, W/V) e Ácido sulfúrico

concentrado (H2SO4 P.A., Merck) para ajustar o pH. Para a preparação da solução

inibidora foi utilizado iodeto de potássio (KI, Merck; 0,1M), sulfito de sódio (Na2SO3,

Merck; 0,1M) e hidróxido de sódio (NaOH, Merck; 0,1M)

3.1. OBJETO DE ESTUDO

Para a elaboração do trabalho utilizou-se a Hidroclorotiazida, medicamento adquirido

por manipulação farmacêutica. Para todos os experimentos utilizou-se uma concentração

de 20 ppm da HCT ( 0,01g) diluída em água destilada.

Os Cálculos estequiométricos para a HCT, sendo utilizado 20 PPM do mesmo, obteve

como resultado que será necessário 1,8137 mmol de H2O2, equivalente a 61,44mg de

H2O2 por litro.

Para calcular a quantidade de cada reagente utilizado na solução inibidora foi utilizada a

fórmula de molaridade, como mostrado na Tabela 1.

Tabela 1 – Cálculo da Solução Inibidora.

Reagentes Mols m (g)

KI 166 16,6

Na2SO3 126 12,6

NaOH 40 4

Volume (L) = 1

Molaridade (mol/L) = 0,1

M = m/MM*V m = M*MM*V

MASSA MOLAR (g/mol)

Fórmulas utilizadas

Fonte: Elaborada pelo autor

A análise da concentração do HCT foi realizada por meio de cromatografia líquida de alta

eficiência (CLAE, ou HPLC) que consistem num método analítico que tem por objetivo a

separação de distintas espécies químicas presentes numa amostra. (Chust, 1990). Para a

utilização do HPLC, foi preparado uma solução de 70% acetronitrila e 30% água como fase

23

móvel para o processo, para que o contaminante seja arrastado na análise do HPLC,

aumentando a concentração e assim obtermos melhores picos no resultado do HPLC.

Para que se quantifique a concentração do HCT no HPLC e que todo o processo ocorra bem, é

necessário fazer uma curva de calibração para o equipamento, foram utilizados 100 ppm do

HCT, resultando em 25 mg e um balão de 250 mL. A curva de calibração gerada a partir da

área cromatográfica obtida por esta solução está representada na Tabela 2.

Tabela 2 – Curva de calibração do HCT no HPLC

[HCTIAZIDA] ppm Diluição mL (Balão: 10 mL) Área cromatograma

1 30 7,5 324582

2 20 5 297316

3 10 2,5 165424

4 8 2 88097

5 6 1,5 74974

6 4 1 58126

7 2 0,5 26937

8 1 0,25

Fonte: Elaborada pelo autor

O experimento ocorreu no laboratório do Núcleo de Ensino e Pesquisa em Petróleo e Gás –

NUPEG.

3.2. DELINEAMENTO EXPERIMENTAL

O experimento foi realizado em duas etapas, na primeira foi observado o comportamento

cinético da degradação do HCT em meio aquoso, para aplicar a melhor degradação nos

experimentos subsequentes. A segunda etapa aborda a influência da concentração de peróxido

de hidrogênio na degradação do HCT. Em todos as etapas, foi fixado a concentração de HCT

em 20 ppm. As quantidades de reagentes utilizadas nos experimentos foram dimensionadas

utilizando como base o volume de 500 mL de solução final.

3.2.1. PRIMEIRA ETAPA

A primeira etapa consistiu em analisar o comportamento cinético da degradação do HCT e a

melhor metodologia de adição o H2O2, com a concentração de HCT fixa em 20 ppm. Foram

realizados 4 experimentos com duração de 60 minutos variando a forma de adicionar o H2O2.

O peróxido de hidrogênio foi adicionado de três formas diferentes, em uma única etapa no

primeiro experimento, sendo adicionado as 10 mL do H2O2 no tempo zero, em duas etapas no

segundo experimento, onde foi adicionado 5mL do H2O2 no tempo zero e as 5mL restante do

24

H2O2 no tempo de 60 minutos, e foi adicionado em três etapas no terceiro experimento, sendo

3,33 mL adicionados no tempo zero, 40 minutos e em 80 minutos.

3.2.2. CINÉTICA DA REAÇÃO

A cinética química é o estudo do comportamento temporal das reações químicas ou seja o

estudo da velocidade (taxas) na qual as reações químicas ocorrem e assim podemos

compreender como as reações químicas ocorrem (BROWN, 2005). Após a Etapa 1 é

importante montar a curva da degradação para posteriores dimensionamentos e para

entendermos como a degradação ocorre em escala temporal, as equações que regem as ordens

da cinética da reação são demonstradas na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3 – Equações da Cinética da Reação

Cinética Fórmula inicial Fórmula final

Ordem 0

Ordem 1

Ordem 2

Equações da Cinética da Reação

Fonte: Elaborada pelo autor

A degradação deve obedecer à cinética de reação. As cinéticas de reação são imprescindíveis

para dimensionamentos de reatores para posteriores estudos, sejam eles de escala laboratorial

ou não.

3.2.3. SEGUNDA ETAPA

A segunda etapa determinará a concentração ótima para o peróxido, utilizando as informações

obtidas da Etapa 1, onde foram definidas as condições otimizadas do processo. Nessa etapa,

variou-se a concentração de peróxido de hidrogênio utilizando os dados obtidos na Etapa 1 de

tempo de reação e da forma de adição do peróxido de hidrogênio. As concentrações do

peróxido utilizadas estão apresentadas na Tabela 4.

Tabela 4 – Planejamento experimental da 2º etapa.

25

34

EXP. [H2O2] mM [H2O2] mg

1 0,9075 15,4275

2 1,815 30,855

3 2,7225 46,2825

4 3,63 61,71

5 4,5375 77,1375

6 5,445 92,565

7 6,3525 107,9925

8 7,26 123,42

9 8,1675 138,8475

10 9,075 154,275

PM H2O2 (g/mol) =

[C7H8N3ClO4S2] = 20 ppm

2ª ETAPA: CINÉTICA DE DETERMINAÇÃO

DE CONCENTRAÇÃO ÓTIMA PARA O

PERÓXIDO

Fonte: Elaborada pelo autor

3.2.4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para todas as etapas descritas no planejamento experimental adicionou-se ao reator (Figura 4)

o volume do efluente necessário para o experimento (500 mL) e em seguida corrige-se o pH

com H2SO4 concentrado para que o pH fique na faixa de 3,0 evitando assim a precipitação de

óxi-hidróxidos férricos. (Teixeira e Jardim, 2004)

Figura 4 – Esquema do reator Utilizado.

Fonte: Elaborada pelo autor

26

Após a correção do pH é ligado o agitador mecânico e retira-se a primeira alíquota (alíquota

0) e liga-se a fonte de radiação (Lâmpada UV). E então se adiciona o peróxido de hidrogênio

ao sistema, de acordo com o planejamento, acionando o tempo instantaneamente.

O experimento roda na Etapa 1 por 120 minutos, sendo retiradas as alíquotas nos tempos 0, 2,

5, 10, 20, 30, 45, 60, 75, 80, 105, 120 minutos. As alíquotas retiradas são colocadas em

béqueres onde já se encontram com a solução inibidora (1 mL), que agiu esgotando a reação

que ocorria no reator e decompôs o peróxido residual. As amostras retiradas passarão por um

processo de extração para concentrar três vezes mais a amostra e ter uma maior detecção dos

picos no HPLC. Um esquema é mostrado na Figura 5.

Figura 5 – Esquema do processo dos experimentos.

Fonte: Elaborada pelo autor

Os Experimentos seguintes a Etapa 1 tem a duração do melhor resultado encontrado na Etapa

1, com retiradas de alíquotas iguais a retirada da 1º etapa, equivalente ao tempo de degradação

utilizado.

27

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1. Etapa 1

Os resultados dos experimentos da Etapa 1 estão demonstrados no Gráfico 1, onde mostra a

degradação normalizada.

Gráfico 1 – Resultado dos Experimentos da Etapa 1.

Fonte: Elaborada pelo autor

As análises e comparações feitas a partir dos resultados apresentados chegaram a conclusão

que as melhores degradações ocorreram nos experimentos 1 e 2 desta etapa, por possuírem

uma velocidade de reação maior na etapa inicial do processo, degradando o composto mais

rapidamente. Os resultados apresentados nesses experimentos são muito próximos, chegando

a uma porcentagem de degradação do HCT de 99,13% para o experimento 1, 99,45% para o

experimento 2 e 99,23% para o experimento 3. A diferença encontrada nos experimentos 1 e 2

desta etapa é apenas a forma de adição do peróxido, pois são adicionados aos dois

experimentos a mesma concentração de peróxido.

Nota-se que o 1º experimento da primeira etapa teve uma degradação menor no início do

processo do que o segundo experimento. Isso ocorre porque, provavelmente, a concentração

de peróxido de hidrogênio era alta para a solução, pois foi adicionado todo o peróxido de uma

única vez, o que ocasionou a competição e o sequestro dos radicais hidroxilas no sistema.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 20 40 60 80 100 120

[HC

T]/

[HC

T]0

tempo (min)

Degradação de HCT x tempo

EXP 1

EXP 2

EXP 3

28

Então ao ser adicionado em duas etapas a concentração e a competição forma menores,

havendo uma maior degradação.

Considerando que a concentração de peróxido de hidrogênio utilizada na Etapa 1 é a

concentração máxima que foi utilizada na Etapa 2, é possível perceber que no segundo

experimento da etapa 1, ao adicionar metade da concentração, ocorre uma cinética normal até

a próxima adição, significando que não houve competição pelo radical hidroxila no sistema.

Como na segunda etapa a concentração de peróxido de hidrogênio será menor, em sua grande

maioria, não havendo competição.

Para a 2º Etapa determinou-se então que a adição de peróxido será de uma vez, como no

experimento 1 da 1º Etapa. O tempo do processo, por sua vez, será de 2 horas, pois o processo

de degradação com o máximo de peróxido ocorreu no limite de uma hora de reação na

primeira etapa, deixando estagnada a degradação. Suspeitou – se que em concentrações

menores de peróxido de hidrogênio que a utilizada na 1º Etapa a degradação levará mais de 1

hora para ocorrer, portanto, sendo a melhor opção para as análises que o processo ocorra por 2

horas.

4.2. CINÉTICA DA REAÇÃO

A comparação de curvas da cinética de reação é realizado para os resultados do experimento

1, já que foi utilizado a adição conforme o primeiro experimento da Etapa 1. Os ajustes são

mostrados na Figura 6.

29

Figura 6 – Ajuste de curvas do Experimento 1 da Etapa 1.

Fonte: Elaborada pelo autor

Comparando os gráficos da cinética das reações de ordem zero, de primeira e segunda ordem

para o experimento 1, observa-se que a curva de degradação que se ajustou melhor foi a curva

cinética de primeira ordem até 60 minutos, que é o tempo em que ocorre a degradação, após

os 60 minutos a curva de degradação é constante, e ajustada a curva de 60 minutos a curva de

degradação possui também um ótimo coeficiente de correlação de 0,9612, significando que a

degradação do HCT pelo processo de UV peróxido corresponde a equação de primeira ordem.

4.3. Etapa 2

Os resultados dos experimentos da Segunda Etapa estão apresentados no Gráfico 2, 3 e 4.

30

Gráfico 2 – Cinética de degradação dos experimentos 1 ao 5 da Etapa 2.

Fonte: Elaborado pelo autor

Gráfico 3 – Cinética de degradação dos experimentos 6 ao 10 da Etapa 2.

Fonte: Elaborado pelo autor

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70

[HC

T]/

[HC

T]0

Tempo (min)

Cinética de degradação

1° EXP

2° EXP

3° EXP

4° EXP

5° EXP

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70

[HC

T]/

[HC

T]0

Tempo (min)

Cinética de degradação

6° EXP

7° EXP

8° EXP

9° EXP

10° EXP

31

Gráfico 4 – Cinética de degradação dos experimentos 1, 2, 5, 9 e 10 da Etapa 2.

Fonte: Elaborado pelo autor

Ao analisarmos os gráficos 2, 3 e 4 pode-se observar que os primeiros experimentos, que

possuem uma menor quantidade de H2O2, a degradação da HCT ocorre mais devagar nos

primeiros minutos (na faixa de 2 – 20 minutos), resultando em menor degradação do

contaminante, mas após essa faixa de tempo seguem a degradação conforme os outros

experimentos com maior quantidade de H2O2. Os experimentos com a quantidade de peróxido

próximas a utilizada na Etapa 1, como o experimento 9 e 10, também tiveram a degradação do

contaminante menor nessa mesma faixa de tempo, mostrando mais uma vez que houve

competição pelo radical hidroxila na reação, mas também seguem, no restante do tempo de

reação, a degradação conforme os outros experimentos após esse tempo. Os experimentos

intermediários, experimentos 4, 5, 6, 7 e 8 obtiveram maior degradação nos primeiros minutos

de reação, isso mostra que a competição pelos radicais hidroxila não influenciou a

degradação.

Ao analisar os resultados da Etapa 2 pelo Gráfico 4, percebe-se que o experimento com a

melhor resposta de degradação é o experimento 5, pois a cinética foi mais acentuada,

chegando a 0 em 45 minutos, com 20 ppm de HCT e 77,14 mg de peróxido de hidrogênio.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70

[HC

T]/

[HC

T]0

Tempo (minutos)

Cinética de degradação

1° EXP

2° EXP

5° EXP

9° EXP

10° EXP

32

Observou-se que no processo de degradação da HCT ocorreu a formação de compostos

intermediários. A identificação destes compostos intermediários não foi possível, pois não

tinha-se disponível uma biblioteca específica para o estudo do mesmo pelo próprio HPLC e

não obtemos um equipamento para poder estudar esses compostos intermediários. Sabe-se

que a coluna cromatográfica utilizada é polar e os compostos intermediários formados

aparecem após o pico da HCT, significando que os compostos intermediários são polares.

33

5. CONCLUSÃO

Os experimentos da Etapa 1, onde avaliou-se a forma de adição do H2O2 e o tempo

necessário para a reação, mostram que a melhor forma de adição do oxidante foi a

administração de uma única vez. Mesmo ocorrendo a competição pelo radical hidroxila nos

primeiros minutos da reação, a competição inicial não afeta o processo e degradação neste

caso, oferecendo o mesmo resultado dos outros experimentos em que a adição ocorreu em

parcelas e garante a segurança do operador, uma vez que, ao abrir o reator para inserir o

peróxido de hidrogênio o mesmo se expõe a radiação da lâmpada UV.

A degradação na Etapa 2, que avaliou a melhor concentração de H2O2 a ser utilizada no

processo, é satisfatória e operou melhor do que esperado, pois a eficiência da degradação

superou as expectativas, pois ocorreu no tempo de 60 minutos ao invés de 120 minutos, como

era o esperado. Esta etapa foi fundamental para a o processo de degradação, pois pode-se

observar o melhor pico da degradação do HCT de forma que não haja competição do peroxido

com o contaminante.

Durante o processo da degradação do HCT houve a formação de compostos intermediários no

processo, que pode ser visualizada pelos picos do HPLC. Portanto, é necessário um estudo

mais aprofundado para descobrir quais são os compostos formados pela degradação do HCT.

A limitação desta pesquisa se dá ao fato de ser utilizado apenas um fármaco para o estudo e

nos corpos d’água encontramos concentrações de vários tipos de fármacos, além de outros

poluentes emergentes. Outra limitação se dá a comparativos quanto aos resultados

encontrados, visto que a HCT é um composto que não é estudado ainda.

Deve ser investigada a utilização de outros POAs para a degradação do mesmo, conferindo

assim qual a melhor metodologia de tratamento deste poluente emergente. Além da utilização

de efluentes reais para que seja realmente comprovado o benefício do método e a sua

utilização em Estações de Tratamento.

34

6. REFERÊNCIAS

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