Aplicação de plasma não térmico à pressão atmosférica no tratamento de águas contaminadas: estudo da degradação de sulfametoxazol

Abstract

A presença de resíduos farmacêuticos em corpos hídricos representa um desafio ambiental crescente devido à persistência desses compostos e aos impactos sobre os ecossistemas e a saúde pública. Neste trabalho foi desenvolvido e caracterizado um dispositivo de plasma acessível (DPA), baseado em descarga por barreira dielétrica (DBD) operando à pressão atmosférica, para aplicação na degradação do antibiótico sulfametoxazol (SMX) em solução aquosa. O reator foi projetado com estrutura modular de baixo custo, fabricada por impressão 3D, utilizando uma fonte comercial adaptada de alta tensão, utilizando ar ambiente como gás de trabalho. A caracterização elétrica e físico-química permitiu otimizar a configuração do sistema quanto à geração de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (RONS). Ensaios de degradação foram realizados em soluções contendo 1 mg/L de SMX, sendo monitorados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), espectroscopia UV-Vis e espectroscopia Raman com aprimoramento de superfície (SERS). O sistema alcançou até 75\% de degradação do sulfametoxazol após 60 minutos de tratamento em pH inicial de 5,8, sem a utilização de catalisadores ou reagentes químicos adicionais. As análises espectroscópicas indicaram que a degradação ocorre inicialmente pela modificação do grupo amino da molécula, seguida por reações de oxidação, hidroxilação e ruptura estrutural, evidenciando a atuação das RONS geradas pelo plasma. Os resultados demonstram que o DPA constitui uma alternativa de baixo custo e ambientalmente sustentável para processos de tratamento avançado de águas contaminadas por fármacos, apresentando potencial para futuras aplicações.

The presence of pharmaceutical residues in aquatic environments has become an increasing environmental concern due to the persistence of these compounds and their adverse impacts on ecosystems and public health. In this work, an affordable plasma device (APD) based on atmospheric-pressure dielectric barrier discharge (DBD) was developed and characterized for the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole (SMX) in aqueous solution. The reactor was designed as a low-cost, modular system fabricated by 3D printing and powered by an adapted commercial high-voltage source, using ambient air as the working gas. Electrical and physicochemical characterization enabled the optimization of the system configuration for the generation of reactive oxygen and nitrogen species (RONS). Degradation experiments were performed using aqueous solutions containing 1 mg/L of SMX and monitored by highperformance liquid chromatography (HPLC), UV–Vis spectroscopy, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). The system achieved up to 75% degradation of sulfamethoxazole after 60 min of treatment at an initial pH of 5.8 without the addition of catalysts or chemical reagents. Spectroscopic analyses indicated that degradation initially occurs through modification of the amino group, followed by oxidation, hydroxylation, and structural fragmentation reactions, demonstrating the key role of plasma-generated RONS in the degradation process. The results demonstrate that the proposed APD is a low-cost and environmentally sustainable alternative for advanced treatment of pharmaceutical-contaminated water, showing strong potential for future environmental remediation applications