Biossorção de ibuprofeno por <i>Saccharomyces cerevisiae</i> ativada quimicamente

Santos, Bruna Assis Paim dos; Dall’Oglio, Evandro Luiz; Siqueira, Adriano Buzutti de; Caixeta, Danila Soares; Lopes, Viviane Cristina Padilha; Vasconcelos, Leonardo Gomes de; Morais, Eduardo Beraldo de

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Sumário

ARTICLES • Rev. Ambient. Água 17 (5) • 2022 • https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2862 copiar

Biossorção de ibuprofeno por Saccharomyces cerevisiae ativada quimicamente

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Biomassa de Saccharomyces cerevisiae foi ativada quimicamente e sua capacidade de biossorção foi explorada para a remoção do ibuprofeno (IBP) da solução aquosa. Os efeitos do pH (2-10), tempo de contato (0-90 min), concentração de IBP (5-35 mg L^-1) e temperatura (20, 30, 40°C) foram avaliados em estudos de bateladas. Em pH 2,0 foram encontradas as maiores taxas de remoção de IBP. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o mais adequado para descrever os dados experimentais. Ambos os modelos de isoterma de Langmuir e Freundlich descreveram os dados de equilíbrio de forma satisfatória. A capacidade máxima de biossorção para IBP pela biomassa de Saccharomyces cerevisiae quimicamente ativada (CA-YB) foi estimada em 13,39 mg g^-1 a 40°C. A energia de ativação calculada pelo modelo de isoterma de Dubinin-Radushkevich foi de 9,129 kJ mol^-1, indicando que um processo químico mediou a biossorção de IBP por CA-YB. De acordo com os estudos termodinâmicos, a biossorção do IBP é espontânea e endotérmica. A análise de FTIR revelou que os grupos carboxila, hidroxila, fosforila e amino estavam envolvidos no processo de biossorção do IBP. Essas descobertas indicaram que CA-YB pode ser um biossorvente alternativo para a remoção de IBP do meio aquoso.

Palavras-chave:
biomassa microbiana; cinética; estudo termodinâmico; fármacos; isotermas

Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas Instituto de Pesquisas Ambientais em Bacias Hidrográficas (IPABHi), Estrada Mun. Dr. José Luis Cembranelli, 5000, Taubaté, SP, Brasil, CEP 12081-010 - Taubaté - SP - Brazil
E-mail: ambi.agua@gmail.com

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[1] ^*Corresponding author: Eduardo Beraldo de Morais, e-mail: beraldo_morais@yahoo.com.br

Model	Equation	Parameters
Kinetic models
Pseudo-first-order	$\log (q_{e} - q_{t}) = \log q_{e} - \frac{K_{1}}{2.303} t$	q_e (mg g^-1): biosorption capacity at equilibriumq_t (mg g^-1): biosorption capacity at timet K₁ (min^-1): pseudo-first-order rate constant
Pseudo-second-order	$\frac{t}{q_{t}} = \frac{1}{K_{2} q_{e}^{2}} + \frac{1}{q_{e}} t$	K₂ (g mg^-1min^-1): pseudo-second-order rate constant
Isotherm models
Langmuir	$\frac{1}{q_{e}} = \frac{1}{q_{m}} + (\frac{1}{q_{m} K_{L}}) \frac{1}{C_{e}}$	q_e (mg g^-1): biosorption capacity at equilibriumq_m (mg g^-1): maximum biosorption capacity C_e (mg L^-1): equilibrium adsorbate concentration in solutionK_L (L mg^-1): Langmuir constant
Freundlich	$\ln q_{e} = \ln K_{f} + \frac{1}{n} \ln C_{e}$	K_f ((mg g^-1) (mg L^-1)^-1/n): Freundlich constantn: heterogeneity factor
Dubinin-Radushkevich	$l n q_{e} = l n q_{m} - β ε^{2}$	ɛ: Polanyi potentialβ (mol²kJ^-2): biosorption energy constant
	$ε = R T l n (1 + \frac{1}{C_{e}})$	R: universal gas constant (8.314 J mol^-1K^-1)

Model	Temperature (°C)
Model	20	30	40
q _experimental	5.37	6.61	7.29
Pseudo-first-order
q₁ (mg g^-1)	7.43	1.354	4.74
k₁ (min^-1)	0.013	0.016	0.002
R²	0.121	0.313	0.002
RMSE	0.379	0.257	0.436
Pseudo-second-order
q₂ (mg g^-1)	5.25	6.60	7.26
k₂ (g mg^-1min^-1)	0.128	0.069	0.142
R²	0.989	0.994	0.999
RMSE	0.600	0.346	0.133

Model	Parameter
Langmuir
q_max (mg g^-1)	13.39
K_L (L mg^-1)	0.043
R²	0.903
RMSE	0.049
Freundlich
K_F (mg g^-1) (mg L^-1)^-1/n	1.940
n	1.133
R²	0.911
RMSE	0.190
D-R
q_m (mmol g^-1)	1,392
β (mol²J^-2)	6.00 x 10^-8
E (kJ mol^-1)	9.129
R ²	0.896
RMSE	0.334

Adsorbent	q_max (mg g-¹)
Graphene oxide nanoplatelets (Banerjeeet al., 2016BANERJEE, P.; DAS, P.; ZAMAN, A.; DAS, P. Application of graphene oxide nanoplatelets for adsorption of Ibuprofen from aqueous solutions: Evaluation of process kinetics and thermodynamics. Process Safety and Environmental Protection, v. 101, p. 45-53, 2016. https://dx.doi.org/10.1016/j.psep.2016.01.021 https://dx.doi.org/10.1016/j.psep.2016.0... )	3.72
Pine wood biochar (Essandohet al., 2015)	10.74
Physically activatedCocos nuciferashell biochar (Chakrabortyet al., 2019CHAKRABORTY, P.; SHOW, S.; RAHMAN, W. U.; HALDER, G. Linearity and non-linearity analysis of isotherms and kinetics for ibuprofen remotion using superheated steam and acid modified biochar. Process Safety and Environmental Protection, v. 126, p. 193-204, 2019. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.04.011 https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.04.0... )	9.43
Chemically activatedCocos nuciferashell biochar (Chakrabortyet al., 2019CHAKRABORTY, P.; SHOW, S.; RAHMAN, W. U.; HALDER, G. Linearity and non-linearity analysis of isotherms and kinetics for ibuprofen remotion using superheated steam and acid modified biochar. Process Safety and Environmental Protection, v. 126, p. 193-204, 2019. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.04.011 https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.04.0... )	11.38
Chemically activated date seed biochar (Chakrabortyet al., 2020CHAKRABORTY, P.; SINGH, S. D.; GORAI, I.; SINGH, D.; RAHMANA, W. U.; HALDER, G. Explication of physically and chemically treated date stone biochar for sorptive remotion of ibuprofen from aqueous solution. Journal of Water Process Engineering, v. 33, p. 1-11, 2020. https://dx.doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101022 https://dx.doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.1... )	11.23
Steam activated date seed biochar (Chakrabortyet al., 2020CHAKRABORTY, P.; SINGH, S. D.; GORAI, I.; SINGH, D.; RAHMANA, W. U.; HALDER, G. Explication of physically and chemically treated date stone biochar for sorptive remotion of ibuprofen from aqueous solution. Journal of Water Process Engineering, v. 33, p. 1-11, 2020. https://dx.doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101022 https://dx.doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.1... )	13.17
Cellulosic Sisal modified by polypyrrole-polyaniline nanoparticles (Khadiret al., 2020KHADIR, A.; MOTAMEDI, M.; NEGARESTANI, M.; SILLANPÄÄ, M.; SASANI, M. Preparation of a nano bio-composite based on cellulosic biomass and conducting polymeric nanoparticles for ibuprofen removal: Kinetics, isotherms, and energy site distribution. International Journal of Biological Macromolecules, v. 162, p. 663-677, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.095 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.... )	19.45
Chemically activatedSaccharomyces cerevisiaebiomass (Present study)	13.39

T (°C)	K _D	ΔG (KJ mol^-1)	ΔH (KJ mol^-1)	ΔS (J mol^-1K^-1)
20	1.05	-0.263	33.07	113.71
30	1.98	-1.400
40	2.48	-2.537