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Publication
Removal of metformin from aquatic matrices using cork-based adsorbents
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Authors
Abstract(s)
Metformin is a widely prescribed pharmaceutical for the treatment of type II diabetes. It is classified as an emerging micropollutant due to its incomplete metabolism in the human body and high prescription rates, especially for preventing chronic diseases. Consequently, it is frequently detected in aquatic environments. This study aimed to evaluate the efficiency of metformin removal from aqueous matrices through adsorption using activated carbons produced from cork waste. Adsorbents were prepared via carbonization and chemical activation using potassium hydroxide (KOH). They were characterized in terms of carbonization yield, moisture and ash content, point of zero charge (pHPZC), surface acidity/basicity, and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). Metformin quantification was performed using high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD).
Adsorption studies included removal efficiency, adsorption kinetics, activation energy estimation, and optimization of operational parameters. Among the parameters investigated, pH had the most significant influence, with higher removal observed under alkaline conditions for both materials. For the carbonized carbon (CC), the pseudo-second-order and Elovich kinetic models provided the best fit, suggesting a chemisorption-controlled process. In equilibrium studies, the Freundlich model best represented experimental adsorption behavior using CC adsorbent, while the Langmuir model was more appropriate when chemically activated carbon (CQ) was used, which exhibited a maximum removal efficiency of 99% at pH 11. These findings demonstrate the high adsorption performance of cork-based activated carbons, particularly those chemically activated. This highlights their potential as sustainable materials for removing metformin from aqueous systems and promoting the valorization of industrial by-products in water treatment applications.
A metformina é um fármaco amplamente prescrito para o tratamento da diabetes tipo II e é classificada como um micropoluente emergente devido ao seu metabolismo incompleto no corpo humano e às altas taxas de prescrição, especialmente para a prevenção de doenças crônicas. Consequentemente, é frequentemente detectada em ambientes aquáticos. Diante desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência da remoção de metformina em matrizes aquosas por meio do processo de adsorção, utilizando carvões ativados produzidos a partir de resíduos de cortiça. A metodologia compreendeu a preparação dos adsorventes por meio de uma carbonização e ativação química com hidróxido de potássio (KOH), caracterização quanto ao rendimento de carbonização, humidade e cinzas, ponto de carga zero (pHPZC), presença de grupos ácidos e básicos na superfície e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A quantificação da metformina foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por arranjo de diodos (HPLC-DAD). Os estudos de adsorção incluíram a eficiência de remoção, cinética de adsorção, estimativa da energia de ativação e otimização dos parâmetros operacionais. Dentre os parâmetros investigados, o pH teve a influência mais significativa, com maior remoção observada em condições alcalinas para ambos os materiais. Para o carvão carbonizado (CC), os modelos cinéticos de pseudo-segunda ordem e Elovich apresentaram melhor ajuste, sugerindo um processo controlado por quimissorção. Nos estudos de equilíbrio, o modelo de Freundlich representou melhor o comportamento experimental da adsorção com o adsorvente CC, enquanto o modelo de Langmuir foi mais adequado para o carvão ativado quimicamente (CQ), que apresentou uma eficiência máxima de remoção de 99% em pH 11. Dessa forma, os resultados evidenciam o alto desempenho dos carvões ativados a partir de resíduos de cortiça, especialmente os obtidos por ativação química, como materiais viáveis para a remoção de metformina em soluções aquosas. A utilização desses resíduos como matéria-prima também reforça o potencial de aplicação de adsorventes de origem renovável em processos de tratamento de água, contribuindo para a valorização de subprodutos e para soluções ambientalmente mais eficientes.
A metformina é um fármaco amplamente prescrito para o tratamento da diabetes tipo II e é classificada como um micropoluente emergente devido ao seu metabolismo incompleto no corpo humano e às altas taxas de prescrição, especialmente para a prevenção de doenças crônicas. Consequentemente, é frequentemente detectada em ambientes aquáticos. Diante desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência da remoção de metformina em matrizes aquosas por meio do processo de adsorção, utilizando carvões ativados produzidos a partir de resíduos de cortiça. A metodologia compreendeu a preparação dos adsorventes por meio de uma carbonização e ativação química com hidróxido de potássio (KOH), caracterização quanto ao rendimento de carbonização, humidade e cinzas, ponto de carga zero (pHPZC), presença de grupos ácidos e básicos na superfície e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A quantificação da metformina foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por arranjo de diodos (HPLC-DAD). Os estudos de adsorção incluíram a eficiência de remoção, cinética de adsorção, estimativa da energia de ativação e otimização dos parâmetros operacionais. Dentre os parâmetros investigados, o pH teve a influência mais significativa, com maior remoção observada em condições alcalinas para ambos os materiais. Para o carvão carbonizado (CC), os modelos cinéticos de pseudo-segunda ordem e Elovich apresentaram melhor ajuste, sugerindo um processo controlado por quimissorção. Nos estudos de equilíbrio, o modelo de Freundlich representou melhor o comportamento experimental da adsorção com o adsorvente CC, enquanto o modelo de Langmuir foi mais adequado para o carvão ativado quimicamente (CQ), que apresentou uma eficiência máxima de remoção de 99% em pH 11. Dessa forma, os resultados evidenciam o alto desempenho dos carvões ativados a partir de resíduos de cortiça, especialmente os obtidos por ativação química, como materiais viáveis para a remoção de metformina em soluções aquosas. A utilização desses resíduos como matéria-prima também reforça o potencial de aplicação de adsorventes de origem renovável em processos de tratamento de água, contribuindo para a valorização de subprodutos e para soluções ambientalmente mais eficientes.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Adsorption Activated carbon Metformin Cork waste Water treatment