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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2023.tde-28032024-105729
Document
Author
Full name
Daniel Temponi Lebre
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Bustillos, Jose Oscar William Vega (President)
Costa, José Luiz da
Petroni, Sérgio Luis Graciano
Zaim, Marcio Henrique
Title in Portuguese
Avaliação e uso de materiais alternativos para remoção de hormônios, fármacos e drogas de abuso em efluentes industrial e doméstico
Keywords in Portuguese
adsorção
bagaço da cana-de-açúcar
droga de abuso
fármacos
hormônios
remoção
Abstract in Portuguese
Atualmente, o consumo e consequentemente a produção mundial de medicamentos ultrapassa 100.000 toneladas por ano. Não há dúvidas que estes compostos químicos conhecidos como fármacos beneficiam milhares de pessoas, pois suas propriedades terapêuticas atuam diretamente contra os malefícios das doenças aumentando a qualidade e a expectativa de vida dos seres humanos. Controversamente, os fármacos (incluindo os hormônios e drogas de abuso), também conhecidos como poluentes ou contaminantes emergentes são comumente encontrados, em níveis de concentração relevantes e alarmantes, em recursos hídricos naturais, causando efeitos deletérios na vida aquática e no ecossistema. Estes compostos atingem os recursos hídricos pelo efluente industrial, hospitalar e doméstico, que não são capazes de removê-los por completo ou simplesmente pela falta de saneamento básico, na qual a urina e fezes dos seres humanos os secreta na forma intacta e/ou do seu metabólito. Diante deste problema ambiental sistêmico o objetivo principal deste trabalho de pesquisa foi a avaliar o bagaço da cana-de-açúcar (BCA) como potencial material bioadsorvedor para remoção dos hormônios sintéticos: etinilestradiol; drosperinona e levonorgestrel em efluente industrial. Em trabalhos científicos publicados anteriormente foram constatados que o BCA é um excelente material bioadsosrvedor para a remoção de metais, corantes e alguns derivados do petróleo em efluentes, porém para hormônios, fármacos e drogas de abuso não foram encontradas evidências, o que motivou esta pesquisa. Além do fato do Brasil ser um produtor de milhões de toneladas anual de cana-de-açúcar gerando o bagaço como resíduo. Após preparação simples do BCA, o mesmo foi devidamente caracterizado e as isotermas de adsorção foram experimentalmente testadas para cada hormônio sintético. Os modelos de isoterma linear, Langmuir e Freundlich foram aplicados e estudados, assim como os parâmetros que influenciam no processo de adsorção (ex. tempo de agitação, pH, temperatura). O BCA foi aplicado com êxito para remoção dos hormônios sintéticos no efluente industrial obtendo uma taxa de eficiência de 98%, compatível com os materiais: carvão ativado e grafeno. Como objetivo secundário, o BCA foi utilizado para remoção de fármacos, droga de abuso e hormônios do efluente doméstico. Para os compostos lipofílicos e de baixa solubilidade em água, o BCA proporcionou uma eficiência de remoção superior a 70%. Sendo assim, desenvolveu-se um trabalho de pesquisa voltado para inovação e química verde, onde o BCA, resíduo gerado em milhões de toneladas nas usinas sucroalcooleiras pode ser utilizado para outro fim que não a queima para geração de energia e liberação de CO2.
Title in English
Evaluation and use of alternative materials for the removal of hormones, drugs and drugs of abuse in industrial and domestic efluents
Keywords in English
adsorption
drug of abuse
hormones
pharmaceuticals
removal
sugarcane bagasse
Abstract in English
Currently, consumption and consequently global production of medicines exceed 100,000 tons per year. There is no doubt that these chemical compounds known as drugs benefit thousands of people, as their therapeutic properties act directly against the harm caused by diseases, increasing the quality and life expectancy of human beings. Controversially, pharmaceuticals (including hormones and drugs of abuse), also known as pollutants or emerging contaminants, are commonly found, at relevant and alarming concentration levels, in natural water resources, causing deleterious effects on aquatic life and the ecosystem. These compounds reach water resources through industrial, hospital and domestic effluents, which are not able to remove them completely or simply due to the lack of basic sanitation, in which the urine and feces of human beings secrete them in intact form and/or in the form of its metabolite. Faced with this systemic environmental problem, the main objective of this research work was to evaluate sugarcane bagasse (BCA) as a potential bioadsorbent material for the removal of synthetic hormones: ethinylestradiol; drosperinone and levonorgestrel in industrial effluent. In previously scientific publications, it were found that BCA is an excellent bioadsorbent material for the removal of metals, dyes and some petroleum derivatives in effluents, however, for hormones, pharmaceuticals and drugs of abuse, no evidence was found, which motivated this research. In addition to the fact that Brazil has produced millions of tons of sugar cane every year, generating bagasse as waste. After simple preparation of the BCA, it was properly characterized and the adsorption isotherms were experimentally tested for each synthetic hormone. The linear, Langmuir and Freundlich isotherms models were applied and studied, as well as the parameters that influence the adsorption process (e.g. stirring time, pH, temperature). BCA was successfully applied to remove synthetic hormones in industrial effluent, obtaining an efficiency rate of 98%, compatible with: activated carbon and graphene materials. As a secondary objective, BCA was used to remove pharmaceuticals, drugs of abuse and hormones from domestic effluent. For lipophilic compounds with lower water solubility, BCA provided the removal efficiency greater than 70%. To sum up this research work focused on innovation and green chemistry was developed with BCA, which is a waste generated in millions of tons in sugarcane plants and can be used for a value purposes other than burning to generate energy and release CO2.
 
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Publishing Date
2024-04-02
 
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