Adsorção de ciprofloxacina em óxidos de ferro na presença de microplástico de polietino

Abstract

Resumo: Ecossistemas terrestres são apontados como importante destino final para antibióticos e microplásticos (MP), ambos considerados poluentes emergentes e que podem coexistir nos solos, pois são amplamente empregados em atividades urbanas, agrícolas e industriais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a adsorção do antibiótico ciprofloxacina (CIPRO) em grupos ferrol de óxidos de Fe, pela formação de complexos de esfera interna, bem como avaliar os efeitos da presença de microplástico de polietileno (MPPE) sobre este mecanismo de adsorção. No primeiro capítulo é apresentada a fundamentação teórico-metodológica, onde são discutidos os processos de dissipação de antibióticos da classe fluoroquinolonas (FQs) em solo, bem como a importância da adsorção e do mecanismo de complexação por esfera interna. Por fim, são tratados os principais efeitos da presença de MP em solos sobre a sorção de compostos orgânicos. No segundo capítulo são apresentados e discutidos os resultados experimentais de adsorção de CIPRO em óxidos de Fe sintéticos, ferrihidrita (Fh), goethita (Gt), hematita (Hm) e MPPE, bem como, composições dos óxidos de Fe com 5% MPPE (40-48 µm). Para tal, foi desenvolvido um experimento de saturação das amostras com CIPRO (30mg g-1) em diferentes condições de pH (4,7; 6,2 e 9,0) seguido por extrações sequenciais seletivas da fase sólida para diferenciação dos mecanismos de complexação por esfera externa e esfera interna. A capacidade de adsorção total para os óxidos de Fe seguiu a ordem decrescente Fh (20,81 a 18,41 mg g-1) > Hm (13,82 a 5,70 mg g-1) > Gt (12,73 a 3,51), em pH 6,2 a Gt e Hm não apresentaram diferença significativa nos teores totais adsorvidos, condição na qual ocorrem as maiores taxas de adsorção. A adsorção pelo mecanismo de esfera interna foi predominante para os três óxidos de Fe em todas as condições de pH testadas, sendo o mecanismo responsável pela adsorção de CIPRO em Gt (76 a 98%) e Hm (54 a 92%). Não houve diferença na adsorção total de CIPRO nos óxidos de Fe devido a adição de 5% de MPPE. Entretanto, a formação de complexos de esfera interna foi reduzida na Fh (pH 6,2 e 9,0) e Hm (pH 9,0) na presença de MPPE.

Abstract: Terrestrial ecosystems are demonstrated as an important final destination for antibiotics and microplastics (MP), both considered emergent pollutants that may coexist in the soils as they are widely used in urban, agricultural and industrial activities. The objective of this work was to assess the adsorption of the ciprofloxacin (CIPRO) antibiotic on iron oxides through the formation of inner-sphere complexes, as well as to assess the effects of the polyethylene microplastic (PE-MP) presence on adsorption of CIPRO. In the first chapter, a theoretical-methodological foundation is presented, in which the fluoroquinolone (FQ) class antibiotics dissipation processes in soil are discussed, as well as the importance of the adsorption mechanism and the inner-sphere complexation. Further, the main effects of the MP presence in soils over the sorption of organic compounds are discussed. In the second chapter, the experimental results of CIPRO adsorption on synthetic iron oxides, ferrihydrite (Fh), goethite (Gt), hematite (Hm) and PE-MP are presented and discussed, as well as the the adsorption results on iron oxide with 5% PE-MP (40-48 µm) compositions. Therefore, a saturation experiment of samples with CIPRO (30 mg g-¹) under different pH conditions (4.7, 6.2 and 9.0) was conducted, followed by selective solid-phase sequential extractions to do the differentiation of inner-sphere and outer-sphere complexation mechanisms. The total adsorption capacity of the iron oxides showed the decrescent order Fh (20.81 to 18.41 mg g-¹) > Hm (13.82 to 5.70 mg g-¹) > Gt (12.73 to 3.51), at pH 6.2, a condition in which the highest adsorption rates occur, the Gt and Hm have not shown any significant difference in the total adsorbed content. The adsorption through the inner-sphere complexation was predominant to the three iron oxides under all of the pH conditions tests, being the mechanism responsible for the CIPRO adsorption on Gt (76% to 98%) and Hm (54 to 92%). There was no difference in the total CIPRO adsorption on iron oxides due to the 5% PE-MP addition. However, the formation of inner-sphere complexes diminished on Fh (pH 6.2 and 9.0) and Hm (pH 9.0).