Degradação fotocatalítica de edulcorantes artificiais em solução aquosa

Abstract

Resumo: Os edulcorantes artificiais são aditivos alimentares amplamente utilizados, principalmente, em alimentos e bebidas com redução ou isenção de açucares. Acessulfame de potássio (ACE-K) e sacarina de sódio (SAC) estão entre os edulcorantes mais consumidos mundialmente. Estes compostos quando ingeridos não são metabolizados pelo organismo, sendo excretados inalterados. Assim, chegam às estações de tratamento onde são parcialmente degradados ou são lançados diretamente nos corpos hídricos. Atualmente, os edulcorantes artificiais têm sido detectados nos mais diversos ambientes aquáticos, sendo reconhecidos como contaminantes emergentes. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade do processo oxidativo avançado de fotocatálise heterogênea (TiO2/UVA) na degradação e mineralização do ACE-K e da SAC em solução aquosa. Neste estudo foram avaliados o efeito do pH e da massa de fotocatalisador no processo de degradação. A eficiência do processo foi verificada de acordo com a remoção do teor de Carbono Orgânico Total (COT) e de ensaios de toxicidade utilizando Artemia salina como organismo teste. Além disso, foi avaliada a cinética da degradação dos edulcorantes por meio do modelo de pseudo-primeira ordem de Langmuir-Hinshelwood e a contribuição das espécies reativas geradas na fotocatálise foi investigada usando inibidores de radicais específicos. Os resultados obtidos indicaram que o pH teve maior influência sob a degradação do acessulfame e que a massa de semicondutor foi mais significativa na degradação da sacarina. As soluções aquosas de ACE-K e SAC apresentaram degradação superior a 99% em 60 minutos de reação. A mineralização máxima foi de 57% para o ACE-K e de 49% para a SAC. A degradação de ambos os edulcorantes seguiu o modelo cinético de pseudo-primeira ordem de Langmuir-Hinshelwood (R2 > 0,99 para o ACE-K e R2 > 0,96 para a SAC). Os ensaios de toxicidade demonstraram a baixa toxicidade de soluções fotocatalisadas de ACE-K e SAC. O oxigênio singlete (1O2) foi significativo na degradação fotocatalítica do ACE-K e da SAC. Palavras-chave: Acessulfame. Sacarina. Contaminantes emergentes. TiO2/UVA.

Abstract: Artificial sweeteners are food additives widely used mainly in foods and beverages with reduced or exemption sugars. Acesulfame potassium (ACE-K) and saccharin sodium (SAC) are among the most consumed sweeteners worldwide. These compounds when ingested are not metabolized by body being excreted unchanged. Thus, they arrive at treatment plants, where they are partially degraded or are released directly into water bodies. Currently, the artificial sweeteners have been detected in several aquatic environments, being recognized as emerging contaminants. In this way, the aim of this research was to evaluate the potential of advanced oxidation process of heterogeneous photocatalysis (TiO2/UVA) in degradation and mineralization of ACE-K and SAC in aqueous solution. The effect of pH and mass of catalyst were evaluations of degradation process. Efficiency of process was verified according to removal of Total Organic Carbon content (TOC) and toxicity tests using Artemia salina as test organism. In addition, kinetics of sweetener degradation were evaluated using Langmuir-Hinshelwood pseudo first-order model and contribution of reactive species generated in photocatalysis was investigated using specific radical inhibitors. Results indicated that pH had a greater influence on acesulfame degradation and semiconductor mass was more significant in degradation of saccharin. Aqueous solutions of ACE-K and SAC showed degradation higher than 99% in 60 minutes of reaction. Maximum mineralization was 57% for ACE-K and 49% for SAC. Degradation of both sweeteners followed Langmuir-Hinshelwood's pseudo-first order kinetic model (R2 > 0,99 for ACE-K and R2 > 0,96 for SAC). Toxicity assays demonstrated low toxicity of photocatalysed ACE-K and SAC solutions. Singlet oxygen (1O2) was significant in photocatalytic degradation of ACE-K and SAC. Keywords: Acesulfame. Saccharin. Emerging contaminants. TiO2/UVA.