Síntese, caracterização, atividade antimicrobiana e fotodegradação da testosterona pelos óxidos TiO2 e Ag/TiO2

Abstract

Resumo: Materiais fotoativados pela luz emergem como uma alternativa promissora no processo de remoção de poluentes emergentes. A fotodegradação da testosterona utilizando o Ag/TiO2 representa um campo de pesquisa relativamente novo, com número limitado de estudos, sendo promissor na busca por novas estratégias para identificar e desenvolver a futura geração de fármacos para controlar infecções bacterianas. Neste estudo, sintetizou-se catalisadores a base de prata (Ag) (2% e 10% m/m%) suportados em dióxido de titânio (TiO2), via impregnação por excesso de solvente (2AgT/I e 10AgT/I), sol gel modificada utilizando a tapioca como gelificante (2AgT/V e 10AgT/V) e sol gel (2AgT/SG e 10AgT/SG). Buscou-se então, caracterizá-los e avaliá-los quanto a inativação bacteriana e na degradação da testosterona via fotólise e fotocatálise heterogênea. Os catalisadores Ag/TiO2 caracterizados por espectros na região do infravermelho apresentaram bandas características de titânio, vibração assimétrica do Ti–Ag–O e ligação Ag-TiO2, confirmando a deposição da prata sob o suporte. A Difração de raios X identificou para os catalisadores impregnados poucos picos representando fases cristalinas desorganizadas. Enquanto, os catalisadores AgT/V tiveram picos característicos de Ag metálica e anatase e os AgT/SG apresentaram picos anatase, representando fases cristalinas organizadas. Observa-se a partir da Calorimetria Exploratória Diferencial picos endotérmicos menores para os catalisadores AgT/SG, indicando ponto de fusão baixos. Nota-se, através da Análise Termogravimétrica, uma perda mínima de massa para os catalisadores. Assim, a Microscopia Eletrônica de Varredura identificou morfologias aglomeradas e irregulares a medida que a Ag era adicionada para os catalisadores AgT/I e AgT/V. Por outro lado, os catalisadores AgT/SG tiveram aspecto denso. Na determinação de fisissorção de N2 verificou-se que o aumento da Ag diminui a área específica dos catalisadores AgT/I e AgT/V e o efeito inverso ocorre para o AgT/SG. O band gap dos catalisadores mesosporosos diminuiu em relação ao TiO2. O método sol-gel destaca-se das outras vias de síntese, pois apresenta maior área especifica e volume de poros. Os catalisadores 10AgT/I, AgT/V e o 10AgT/SG tiveram ações bactericidas contra Escherichia coli sugerindo um efeito antimicrobiano intrínseco a concentração de Ag. A fotoativação dos catalisadores AgT/I, AgT/V e AgT/SG sob luz negra resultaram em uma significativa inativação bacteriana contra Escherichia coli (NEWP0022) e Staphylococcus aureus (NEWP0023). A produção de espécies reativas de oxigênio, comprovada no teste de detecção, foi induzida pela radiação ultravioleta e em conjunto com a ação antimicrobiana intrínseca da Ag. Esses resultados demonstram o potencial dos catalisadores AgT/I, AgT/V e AgT/SG para o desenvolvimento de revestimentos antimicrobianos para superfícies, contribuindo para a prevenção e controle de infecções em diversos ambientes. A eficiência do processo de fotólise (82%) foi similar à da fotocatálise heterogênea utilizando o catalisador 2AgT/SG (79,9%), na fotodegradação da testosterona. Os catalisadores AgT/SG e 10AgT/V apresentaram maior atividade fotocatalítica na fotodegradação da testosterona, com degradação maior que 72% (2AgT/SG>T/SG>10AgT/V>10AgT/SG). Esses catalisadores podem encontrar aplicações em diversos processos de tratamento de água, como a remoção de desreguladores endócrinos. A criação destes materiais fotocatalíticos são essenciais para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis para o tratamento de água

Abstract: Light-activated materials are emerging as a promising alternative in the process of removing emerging pollutants. The photodegradation of testosterone using Ag/TiO2 represents a relatively new field of research, with a limited number of studies, and is promising in the search for new strategies to identify and develop the future generation of drugs to control bacterial infections. In this study, silver (Ag) catalysts (2% and 10% m/m%) supported on titanium dioxide (TiO2) were synthesized via excess solvent impregnation (2AgT/I and 10AgT/I), modified sol gel using tapioca as a gelling agent (2AgT/V and 10AgT/V) and sol-gel (2AgT/SG and 10AgT/SG). The aim was to characterize and evaluate them in terms of bacterial inactivation and testosterone degradation via photolysis and heterogeneous photocatalysis. The Ag/TiO2 catalysts characterized by spectra in the infrared region showed characteristic titanium bands, asymmetric vibration of Ti-Ag-O and Ag-TiO2 bonding, confirming the deposition of silver on the support. X-ray diffraction identified few peaks representing disorganized crystalline phases for the impregnated catalysts. Meanwhile, the AgT/V catalysts had peaks characteristic of metallic Ag and anatase and the AgT/SG catalysts had anatase peaks, representing organized crystalline phases. Differential Scanning Calorimetry shows smaller endothermic peaks for the catalysts. Thermogravimetric analysis showed minimal loss of mass for the catalysts. Scanning Electron Microscopy identified agglomerated and irregular morphologies as Ag was added to the AgT/I and AgT/V catalysts. The AgT/SG catalysts had a dense appearance. When determining N2 physisorption, it was found that increasing Ag decreased the specific area of the AgT/I and AgT/V catalysts and the opposite effect occurred for AgT/SG. The band gap of the mesosporous catalysts decreased in relation to TiO2. The sol-gel method stands out from other synthesis routes because it presents a larger specific area and pore volume. The 10AgT/I, AgT/V and 10AgT/SG catalysts had bactericidal actions against Escherichia coli, suggesting an intrinsic antimicrobial effect of the Ag concentration. The photoactivation of the AgT/I, AgT/V and AgT/SG catalysts under black light resulted in significant bacterial inactivation against Escherichia coli (NEWP0022) and Staphylococcus aureus (NEWP0023). The production of reactive oxygen species, proven in the detection test, was induced by ultraviolet radiation and in conjunction with the intrinsic antimicrobial action of Ag. These results demonstrate the potential of the AgT/I, AgT/V and AgT/SG catalysts for the development of antimicrobial coatings for surfaces, contributing to the prevention and control of infections in various environments. The efficiency of the photolysis process (82%) was similar to that of heterogeneous photocatalysis using the 2AgT/SG catalyst (79.9%) in the photodegradation of testosterone. The AgT/SG and 10AgT/V catalysts showed greater photocatalytic activity in the photodegradation of testosterone, with degradation greater than 72% (2AgT/SG>T/SG>10AgT/V>10AgT/SG). These catalysts can find applications in several water treatment processes, such as the removal of endocrine disruptors. The creation of these photocatalytic materials is essential for the development of more efficient and sustainable technologies for water treatment