Remoção eficiente de contaminantes farmacêuticos de água e efluentes utilizando lacase imobilizada em carvão ativado derivado de cascas de romã

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11933 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, cascas de romã (PPs), como um abundante resíduo de processamento de frutas, foram usadas para produzir carvão ativado econômico, ecológico e de alta qualidade. O carvão produzido (carvão ativado livre de fósseis) foi usado para imobilizar lacase para remover uma série de poluentes emergentes, nomeadamente diclofenaco, amoxicilina, carbamazepina e ciprofloxacina da água e águas residuais. O carvão ativado carregado por lacase (LMPPs) e o descarregado (MPPs) foram caracterizados utilizando técnicas avançadas de análise química de superfície. Descobriu-se que os MPPs possuem uma estrutura porosa com uma grande área superficial e uma abundância de grupos funcionais ácidos. A imobilização da lacase reduziu a área superficial, mas adicionou locais de degradação ativos. Os parâmetros de imobilização ideais foram determinados como pH 4, 35 °C e uma concentração de lacase de 2,5 mg/mL resultando em um rendimento de imobilização de 69,8%. A adsorção do poluente emergente nos MPPs é melhor caracterizada como um processo endotérmico espontâneo que adere à isoterma de Langmuir e à cinética de primeira ordem. Utilizando adsorção sinérgica e degradação enzimática, os poluentes alvo (50 mg/L) foram eliminados em 2 horas. Em ambos os tipos de água, os LMPPs superaram os MPPs. Este estudo mostra que as cascas de romã podem ser efetivamente aproveitadas como transportadores de enzimas e adsorventes para a remoção de poluentes emergentes, mesmo a partir de uma matriz de amostra complexa. A remoção de contaminantes das águas residuais durou cinco ciclos, enquanto continuou até seis ciclos para a água.

Prevê-se que a população mundial exceda os nove mil milhões até 20501,2. Isto leva ao aumento da procura de água potável e, ao mesmo tempo, aumenta a produção de águas residuais. Este problema contínuo é muitas vezes acompanhado por uma gestão ineficaz das águas residuais, pela deterioração das infra-estruturas de águas residuais e por esquemas de eliminação inadequados com procedimentos de tratamento limitados ou inexistentes3. Após esses problemas, uma variedade de produtos químicos que têm a possibilidade de atingir as águas superficiais são lançados diariamente no meio ambiente2,3. Contaminantes emergentes (ECs) são um termo genérico para diferentes substâncias que suscitaram preocupações consideráveis ​​nas últimas duas décadas. Esses contaminantes podem ser compostos sintéticos ou substâncias que ocorrem naturalmente em quantidade mínima ou sem monitoramento, com potencial impacto negativo na saúde humana e em outros organismos. Esses compostos recalcitrantes consistem em uma variedade de produtos químicos, como produtos farmacêuticos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, produtos de higiene pessoal e pesticidas4,5. As fontes mais comuns de CE são efluentes industriais, esgotos municipais, estações de tratamento de águas residuais (ETEs), produtos domésticos, hospitais, aterros sanitários e empresas de produção farmacêutica6. Entre as fontes mencionadas, o efluente da estação de tratamento de águas residuais é considerado a principal fonte de CEs. As ETAR não são concebidas para remover totalmente os CE e os seus metabolitos, para que possam escapar para os ecossistemas aquáticos no efluente descarregado. Actualmente não existem directrizes ou normas para a eliminação e descarga de CE nas estações de tratamento de águas residuais existentes7. Na prática, os processos físicos e químicos convencionais para a redução de compostos orgânicos de águas residuais têm várias limitações sérias, incluindo purificação insuficiente, baixa eficácia, custos elevados, formação de subprodutos perigosos e aplicação a uma faixa de concentração estreita8,9. Consequentemente, é amplamente reconhecido que existe uma necessidade urgente de desenvolver métodos mais eficazes, inovadores e ecológicos para a remediação de águas residuais. A biorremediação ou biodegradação, uma nova área de investigação prospectiva, tem sido utilizada de forma eficaz para a eliminação de CEs da água e águas residuais10. Os métodos de biodegradação apresentam muitos benefícios em comparação com os métodos físico-químicos, uma vez que são mais rentáveis, mais seguros e menos perturbadores11.