Estudo da UFSCar aperfeiçoa material para tratamento de água contaminada com antibióticos

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) investigou formas de aprimorar o processo de limpeza de águas poluídas por medicamentos e apresentou um material melhorado para essa finalidade. O estudo, publicado recentemente no Chemical Engineering Journal, foi conduzido por Matheus G. Guardiano, Isabelle M. D. Gonzaga, Lara K. Ribeiro, Caio V. da Silva Almeida, sob liderança da Profª Drª Lucia Helena Mascaro, pesquisadora titular do Departamento de Química e integrante do Centro de Excelência para Pesquisa em Química Sustentável (CERSusChem).

A contaminação de corpos de água por antibióticos não afeta apenas o meio ambiente, mas também tem se tornado um problema crescente de saúde pública porque pode levar ao desenvolvimento de bactérias resistentes. Grande parte dessa poluição vem de estações de tratamento de esgoto doméstico que não conseguem remover completamente os resíduos de medicamentos descartados incorretamente. Esses compostos são identificados com frequência em concentrações alarmantes em certas regiões, o que reforça a urgência de soluções para resolver essa questão.

Para degradar os poluentes e reduzir seus danos no meio ambiente, uma técnica chamada eletrocatálise solar é utilizada. Ela se baseia no uso da luz solar para gerar eletricidade e “quebrar” os compostos contaminantes. Nessa abordagem, o composto vanadato de bismuto (BiVO₄), um semicondutor, é utilizado como um material base que, ao ser exposto à luz, inicia reações químicas que ajudam a remover as substâncias contaminantes presentes na água. Porém, o BiVO₄ apresenta baixa estabilidade em exposição prolongada à luz e uma eficiência limitada na conversão de energia para as reações desejadas, levando os pesquisadores a buscar formas de promover melhorias nessas propriedades do material.

A estratégia adotada na pesquisa foi adicionar um outro elemento ao BiVO₄ (um processo chamado doping), de modo a substituir alguns dos seus átomos por outros de outro composto. Essa modificação altera características físico-químicas do material e pode torná-lo mais eficiente para uma aplicação desejada. Para tanto, o metal gadolínio (Gd) foi o elemento inserido na estrutura do BiVO₄. Entre as razões, o Gd foi escolhido por pertencer ao grupo dos metais de terras raras com propriedades que podem melhorar o desempenho de semicondutores em processos fotoquímicos, embora poucos estudos utilizaram esse elemento como dopante.

O novo material (Gd-BiVO₄) foi aplicado para remover dois antibióticos muito usados, o ciprofloxacino (CIP) e o sulfametoxazol (SMX), de diferentes amostras de água: rio e lago, coletadas em São Carlos (SP), e água residual farmacêutica, coletada em Toledo (PR). Em apenas 30 minutos do processo, foi possível remover completamente os dois fármacos. Além disso, o material foi reutilizado cinco vezes e ainda manteve sua eficácia. No entanto, os pesquisadores identificaram que as condições da água podem influenciar a eficiência do processo de degradação, em especial se outras substâncias presentes no meio competirem com o antibiótico pela ação do material. Mesmo assim, o Gd-BiVO₄ mostrou eficácia na remoção de antibióticos de águas contaminadas, com a vantagem de ser reutilizável ao longo de vários ciclos.

Sobre os próximos passos da pesquisa, a Profª Drª Lucia Helena Mascaro explica: “Em continuidade a este trabalho, estamos testando a dopagem com outros metais de terras raras, combinados ou em diferentes proporções, para comparar seus efeitos na eficiência do material. A análise do mecanismo de degradação dos fármacos também pode fornecer insights valiosos para otimizar o processo e potencializar sua eficácia contra uma gama mais ampla de poluentes emergentes e em diferentes matrizes. Além disso, seria interessante explorar a aplicação do material em larga escala, avaliando sua viabilidade técnica e econômica em sistemas reais de tratamento de águas residuais”. O artigo completo, “Gd-BiVO₄: An efficient photoanode for pharmaceuticals degradation in contaminated waters via solar photoelectrocatalysis”, pode ser conferido na íntegra em: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158463