A new strategy to prepare an activated adsorbent by water treatment plant sludge for Amoxicillin removal: optimization, characterization, isotherm, and kinetics studies

A água é o fundamento da vida, mas o próprio ato de utilizá-la frequentemente deixa para trás um rastro de contaminantes invisíveis. À medida que as populações humanas crescem e as indústrias se expandem, a água que bebemos e a água que descartamos estão cada vez mais misturadas com traços de medicamentos, produtos de cuidados pessoais e produtos químicos industriais. Entre estes, os antibióticos como a amoxicilina representam um desafio particular. Estes fármacos são concebidos para matar bactérias, mas quando passam pelos nossos corpos e entram no abastecimento de água, não desaparecem sempre. Em vez disso, permanecem, prejudicando potencialmente os ecossistemas aquáticos e incentivando o crescimento de bactérias resistentes a medicamentos que ameaçam a saúde humana. As estações de tratamento de água tradicionais muitas vezes não estão equipadas para filtrar estes traços químicos específicos, deixando uma lacuna entre o que precisamos de limpar e o que a nossa tecnologia atual consegue alcançar.

Em resposta a este problema crescente, os cientistas procuram soluções que sejam não apenas eficazes, mas também sustentáveis e acessíveis. Uma via promissora envolve transformar um resíduo num recurso. As estações de tratamento de água geram quantidades massivas de lodo — um resíduo espesso e semissólido que resta após a limpeza da água. Normalmente, este lodo é tratado como um fardo, sendo frequentemente enterrado em aterros sanitários onde ocupa espaço e não oferece qualquer benefência. No entanto, os investigadores começaram a questionar se este material descartado poderia ser transformado em algo útil, especificamente uma ferramenta para capturar e remover medicamentos prejudiciais da água antes que estes escapem para o ambiente.

Uma equipa de investigadores no Irão aceitou este desafio, desenvolvendo um novo método para transformar o lodo do tratamento de água potável num poderoso agente de limpeza. O seu trabalho foca-se na criação de um material especializado capaz de extrair a amoxicilina da água. O processo começa com a recolha de lodo bruto de instalações de tratamento de água em Teerã. Esta substância húmida e lamacenta é primeiro seca e moída até se tornar um pó fino. Para a tornar eficaz, os investigadores tratam este pó com uma solução suave de ácido clorídrico. Esta lavagem química atua como uma limpeza profunda, removendo impurezas e alterando a superfície do material para o tornar mais receptivo à captura de moléculas de fármacos. O resultado é um novo tipo de adsorvente, um material que atua como uma esponja, agarrando os poluentes e segurando-os firmemente.

Para compreender exatamente o que tinham criado, os cientistas examinaram o material utilizando um conjunto de ferramentas avançadas de imagem e análise. Descobriram que o tratamento com ácido alterou a estrutura física do lodo, criando uma rede de minúsculos poros e canais que não estavam presentes no material bruto. Estes poros são cruciais porque proporcionam uma vasta área de superfície onde as moléculas do fármaco podem se fixar. A análise também revelou que o material é rico em minerais como ferro e silício, que formam a base do novo adsorvente. Os investigadores confirmaram que o tratamento removeu com sucesso minerais de carbonato indesejados, preservando a estrutura porosa necessária para um alto desempenho.

A equipa colocou então o seu novo material à prova, realizando uma série de experiências cuidadosamente desenhadas para determinar as melhores condições para a remoção da amoxicilina. Variaram a acidez da água, a quantidade de adsorvente utilizada, a temperatura e o tempo que a mistura podia repousar. Descobriram que o material funciona melhor quando a água é ligeiramente ácida, especificamente num pH de 6. Nestas condições, com uma quantidade específica de adsorvente adicionada à água, o material provou ser altamente eficaz na captura do fármaco. O processo revelou-se mais eficiente à temperatura ambiente, sugerindo que não seriam necessários sistemas caros de aquecimento ou arrefecimento para uma aplicação no mundo real.

Uma parte fundamental da sua investigação foi compreender como as moléculas do fármaco se movem e se fixam na superfície. Os investigadores descobriram que o processo de adsorção segue um padrão previsível, onde as moléculas do fármaco formam uma camada única e uniforme na superfície do material, em vez de se acumularem em aglomerados desordenados. Este comportamento, descrito por um modelo matemático específico conhecido como isoterma de Langmuir, indica que a superfície do novo adsorvente é muito consistente e fiável. Além disso, o estudo mostrou que a ligação entre o fármaco e o adsorvente é física e não química. Esta é uma descoberta significativa porque significa que a ligação é forte o suficiente para segurar o fármaco, mas fraca o suficiente para ser quebrada mais tarde, permitindo que o material seja limpo e reutilizado.

A durabilidade deste novo material também foi testada. Os investigadores descobriram que o adsorvente pode ser regenerado e reutilizado várias vezes. Após ser utilizado para limpar um lote de água, o material pode ser lavado e colocado novamente em serviço. Manteve um alto nível de eficácia mesmo após seis ciclos de uso, retendo a capacidade de remover 81,1 por cento do fármaco. Esta reutilização é vital para tornar o processo economicamente viável, pois reduz a necessidade de produzir constantemente novo material.

Os investigadores também observaram como outros fatores na água poderiam interferir no processo de limpeza. Descobriram que, se a água contiver níveis elevados de sal, a eficiência do adsorvente diminui ligeiramente. Isto acontece porque os iões de sal competem com as moléculas do fármaco pelo espaço na superfície do material. No entanto, mesmo com esta competição, o material permaneceu eficaz, sugerindo que pode lidar com as complexidades das águas residuais do mundo real.

Ao otimizar as condições para este processo, a equipa identificou uma receita precisa para a máxima eficiência. Determinaram que a utilização de 1,4 gramas do adsorvente por litro de água, com um tempo de contacto de 110 minutos a uma temperatura de 25 graus Celsius, produz os melhores resultados para a remoção da amoxicilina. Estas descobertas sugerem que um material derivado de um resíduo comum pode ser transformado numa ferramenta sofisticada para a purificação da água. O estudo não afirma ter resolvido o problema global da poluição por antibióticos da noite para o dia, mas oferece uma estratégia concreta e de baixo custo que transforma um problema de gestão de resíduos numa solução para a qualidade da água. Ao reaproveitar o lodo que as plantas de tratamento já produzem, esta abordagem alinha-se com os princípios de uma economia circular, onde o desperdício é minimizado e os recursos são mantidos em uso pelo maior tempo possível. O trabalho demonstra que, com o tratamento químico correto e compreensão científica, o que antes era considerado lixo pode tornar-se um ativo valioso na luta para manter a nossa água limpa.