Bio-fenton catalisado por glucose oxidase aplicado à degradação de tetraciclina

Abstract

Resumo: Estudos relacionados à qualidade de águas superficiais especialmente àqueles voltados a presença de contaminantes têm aumentado a fim de conhecer potenciais riscos a vida aquática e a saúde humana. Com o desenvolvimento e melhoria de técnicas analíticas é possível identificar compostos orgânicos em baixas concentrações (nano a microgramas por litro), os quais não são degradados pelos sistemas convencionais de tratamento de esgoto, efluentes e água. Há uma parte desses compostos que ainda se desconhece potenciais impactos ecotoxicológicos, os quais são denominados Contaminantes Emergentes. Dentre eles, os fármacos têm se destacado, sendo a tetraciclina (TC) um dos tipos de antibióticos mais utilizados pela medicina humana e veterinária. Como uma possível alternativa frente a essa dificuldade, estão os Processos Oxidativos Avançados (POA), os quais tem demonstrado eficiência na mineralização destes tipos de compostos. Um desses processos é o Bio-Fenton, que se trata de uma melhoria do processo de Fenton clássico no qual se utiliza enzimas, como a glucose oxidase, para geração de peróxido in situ. Por se tratar de um processo misto (químico e enzimático) se faz necessário o entendimento de seu mecanismo na degradação da TC avaliando fatores como pH, temperatura, concentração de ferro, substrato e enzima. O monitoramento da concentração de TC foi feito por análises de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) onde se alcançou em 8 minutos percentuais de degradação satisfatórios que variaram de 66,4% a 84,9%. Já após 64 minutos obteve-se uma melhoria dos resultados atingindo 85,9% a 92,4% de degradação. Nas reações em que não houve ajuste de pH e também nos ensaios em que o pH inicial foi ajustado para 6, obteve-se maiores valores de degradação, que as reações com pH ajustado para 3. A condição de temperatura 31 ºC foi considerada a mais indicada para a reação. Em relação ao efeito da concentração de ferro sobre a reação, observou-se uma tendência de aumento da degradação á medida que mais ferro foi disponibilizado até a concentração de 0,25 mM. Quanto à influência da concentração da enzima e do substrato demonstrou-se que a proporção entre os reagentes da reação foi adequada nas concentrações testadas, atingindo valores finais de degradação de 88,8 a 91,7%. Assim, avaliando-se separadamente as variáveis, considerou-se que as seguintes condições de operação do Bio-Fenton levaram às melhores condições de degradação da TC: Temperatura 31 ºC; pH natural (4,2), [FeSO4] = 0,25 mM, [dextrose anidra] = 75 mg L-¹, [GOx] = 40 mg L-¹, [tampão fosfato] = 5 mM. Desta forma, o processo de Bio-Fenton utilizando a enzima glucose oxidase como catalisadora da reação de degradação da TC pode ser considerada uma alternativa aos processos convencionais existentes.

Abstract: Studies related to the quality of surface water, especially those aimed at the presence of contaminants, have increased in order to discover potential risks to aquatic life and human health. With the development and improvement of analytical techniques, it is possible to identify organic compounds in low concentrations (nano to micrograms per liter), which are not degraded by conventional sewage, effluent and water treatment systems. There is a part of these compounds that is still unaware of the potential ecotoxicological impacts, which are called Emerging Contaminants. Among them, the drugs have stood out, being tetracycline (CT) one of the types of antibiotics most used by human and veterinary medicine. As a possible alternative in the face of this difficulty, there are Advanced Oxidative Processes (POA), which have shown efficiency in the mineralization of these types of compounds. One of these processes is Bio-Fenton, which is an improvement on the classic Fenton process in which enzymes, such as glucose oxidase, are used to generate peroxide in situ. Whereas it is a mixed process (chemical and enzymatic), it is necessary to understand its mechanism in the degradation of CT by evaluating factors such as pH, temperature, iron concentration, substrate and enzyme. The monitoring of the TC concentration was made by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) analysis, where it was achieved, in 8 minutes, satisfactory percentage of degradation, that varied from 66.4% a 84.9%. %. After 64 minutes, an improvement in results was achieved, reaching 85.9% a 92.4% of degradation. In reactions in which there was no pH adjustment and also in tests in which the initial pH was adjusted to 6, higher values of degradation were obtained compared to the reactions with pH adjusted to 3. The temperature condition 31 ºC was considered the most suitable for the reaction. Regarding the effect of iron concentration on the reaction, there was a tendency to increase the degradation as more iron was made available up to a concentration of 0.25 mM. In relation to the influence of the enzyme and substrate concentration, it was demonstrated that the ratio of these reagents was adequate in the tested concentrations, reaching final degradation values of 88.8 to 91.7%. Thus, by evaluating the variables separately, it was considered that the following operating conditions of the Bio-Fenton led to the best degradation conditions of the CT: Temperature 31 ºC; natural pH (4.2), [FeSO4] = 0.25 mM, [anhydrous dextrose] = 75 mg L-¹, [GOx] = 40 mg L-¹, [phosphate buffer] = 5 mM. Therefore, the Bio-Fenton process using the glucose oxidase enzyme as a catalyst for the TC degradation reaction can be considered an alternative to the existing conventional processes.