Removal of Naproxen from aqueous matrices using olive stones based carbon materials as adsorbents

Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Emerging micropollutants are substances found in the range of micrograms to nanograms per liter that are present in the various aqueous matrices of the world bringing adverse effects to the health of living beings. Naproxen, the object of study of this work, is a non-steroidal anti-inflammatory with analgesic and antipyretic properties commonly used in sore throats, muscle aching, tendinitis, synovitis, etc. The present work aims to study the removal of naproxen through adsorption using activated charcoal from the olive pit. Therefore, this work is based on developing a method of quantification of naproxen using high performance liquid chromatography, prepare 4 types of adsorbents from the olive stone by changing the activation conditions, make the physicochemical characterization of the main adsorbent (Ads 3) and study the process of removal of naproxen with HPLC from the adsorption balance isotherms with the Langmuir and Freundlich models. For the calibration straight line, concentrations of 1 to 10 ppm of naproxen were prepared and injected into the HPLC-Vis, returning a calibration line with linear characteristic with R² = 0.9976. From the 0.25 mm crushed olive stone, 4 types of adsorbents were prepared: without treatment (Ads 1), carbonized (Ads 2), chemically activated and charred (main adsorbent - Ads 3) and chemically activated and pyrolyzed (Ads 4). Adsorbent 3 has 0.52% ash content and 84% of its volume with micropores and presented good conditions to continue the analysis of the effect of temperature and pH on adsorption. The results pointed to Ads 3 as the best absorber (qm = 37.01 mg g-1 ads) with high efficiency and better cost-benefit because it did not need to undergo pyrolysis although Ads 4 had very optimistic results (qm = 23.46 mg g-1 ads), but lower than Ads 3. Ads 1 as expected was the least efficient although even without treatment it has adsorption capacity (qm = 22.46 mg g-1 ads). The temperature and pH isotherms indicate that the temperature has little significant effect, where the temperature at 35°C obtained the best results of naproxen adsorption capacity (qm = 86.24 mg g-1 ads) but not very different from 25°C (qm = 77.68 mg g-1 ads). For pH, isotherms indicate that the natural pH of the solution (4.4) is the best option for the removal of naproxen (qm = 37.01 mg g-1 ads), since the results for the pH increase were not favorable. The isotherms adjusted with the Langmuir and Freundlich models have distinct characteristics: for temperature analyses the Freundlich model had better behavior with higher R², while for pH analysis and analysis of the 4 adsorbents the Langmuir models showed better fit. The difference in the use of the models is due to optimization throughout this work, in which the time and temperature studies were the precursors, and adjustments such as the ratio of naproxen mass with adsorbent mass were optimized in the comparison studies of pHs and adsorbents.

Micropoluentes emergentes são substâncias encontradas na faixa dos microgramas a nanogramas por litro que estão presentes nas diversas matrizes aquosas do mundo trazendo efeitos adversos a saúde dos seres vivos. O Naproxeno, objeto de estudo deste trabalho, é um anti-inflamatório não esteroidal com propriedades analgésicas e antipiréticas usado comumente em dores de gargantas, dores musculares, tendinites, sinovites, etc. O presente trabalho tem como objetivo estudar a remoção do naproxeno através da adsorção utilizando carvão ativado a partir do caroço de azeitona. Portanto este trabalho baseia-se em desenvolver um método de quantificação do naproxeno utilizando cromatografia liquida de alta performance, preparar 4 tipos de adsorvente a partir do caroço de azeitona alterando as condições de ativação, fazer a caracterização físico-química do adsorvente principal (Ads 3) e estudar o processo de remoção do naproxeno com o HPLC a partir das isotermas de equilíbrio de adsorção com os modelos de Langmuir e Freundlich. Para a reta de calibração foi preparando concentrações de 1 a 10 ppm de naproxeno e injetado no HPLC-Vis retornando uma reta de calibração com característica linear com R² = 0,9976. A partir do caroço de azeitona triturado a 0,25 mm foi preparado 4 tipos de adsorventes: sem tratamento (Ads 1), carbonizado (Ads 2), ativado quimicamente e carbonizado (adsorvente principal – Ads 3) e ativado quimicamente e pirolisado (Ads 4). O adsorvente 3, possui 0,52 % de teor de cinzas e 84% de seu volume com microporos apresentou boas condições para dar prosseguimento as análises do efeito da temperatura e pH na adsorção. Os resultados apontaram para o Ads 3 como melhor absorvente (qm = 37,01 mg g-1 ads) com alta eficiência e melhor custo-benefício por não precisar de passar por pirólise embora o Ads 4 apresente resultados promissores (qm = 23,46 mg g-1 ads), porém inferiores ao Ads 3. O Ads 1 como esperado foi o menos eficiente embora mesmo que sem tratamento possua capacidade de adsorção (qm = 22,46 mg g-1 ads). Os ensaios de variação de temperatura e pH apontam que a temperatura tem efeito pouco significativo, onde a temperatura a 35°C possibilitou o melhor resultado de capacidade de adsorção de Naproxeno (qm = 86,24 mg g-1 ads) porém não muito diferente de 25°C (qm = 77,68 mg g-1 ads). Já para o pH as isotermas apontam que o pH natural da solução (4,4) seja a melhor opção para a remoção do naproxeno (qm = 37,01 mg g-1 ads), uma vez que os resultados para o aumento do pH não foram favoráveis. As isotermas ajustadas com os modelos de Langmuir e Freundlich tem características distintas: para as análises de temperatura o modelo de Freundlich teve melhor comportamento com R² maior, enquanto para análise do pH e as análises dos 4 adsorventes os modelos de Langmuir apresentaram melhor ajuste. A diferença da utilização dos modelos é devido a otimização ao longo deste trabalho, em que os estudos de tempo e temperatura foram os precursores, e ajustes como a relação massa de naproxeno com massa do adsorvente foram otimizados nos estudos de comparação de pHs e adsorventes.