Adsorción de ampicilina y trimetoprima en solución acuosa sobre diversos materiales carbonosos

Abstract

En el presente trabajo se estudió el equilibrio y velocidad de adsorción de Ampicilina (AMP) y Trimetoprima (TMP) en solución acuosa sobre los carbones granulares F400 y F400n, y una fibra de carbón activado (FCA). Se analizó la dependencia de la capacidad de adsorción con respecto al pH, temperatura y fuerza iónica de la solución. Además, los efectos de la concentración inicial, flujo volumétrico o velocidad de agitación, volumen de solución y masa del adsorbente sobre la velocidad de adsorción se investigaron detalladamente. Los resultados revelaron que la capacidad de adsorción de los adsorbentes es muy dependiente del pH de la solución como consecuencia de la especiación de los adsorbatos y de la carga superficial de los adsorbentes. Por otra parte, los valores de los calores de adsorción de TMP evidenciaron que los mecanismos de adsorción son principalmente interacciones físicas; mientras que, los calores de adsorción de la AMP mostraron que se adsorbe por interacciones físicas y químicas. Se investigó la adsorción competitiva de AMP y Cd(II) sobre el carbón F400n y la FCA. Los datos de adsorción binaria de AMP-Cd(II) sobre FCA se interpretaron satisfactoriamente por varios de los modelos de isotermas de adsorción binaria, pero ninguno de los modelos ajusto adecuadamente los datos de AMP-Cd(II) sobre F400n. Adicionalmente, se observó que la adsorción de AMP afecta ligeramente y antagónicamente la adsorción de Cd(II) sobre F400n; mientras la adsorción de Cd(II) sobre FCA influye antagónicamente la adsorción de la AMP, debido a la competencia de ambos solutos por los sitios activos. Las velocidades de adsorción de AMP y TMP sobre la FCA son muy rápidas ya que el equilibrio se logró en 30 y 80 minutos, respectivamente; sin embargo, la velocidad de adsorción de la AMP sobre el carbón F400n resultó ser muy lenta puesto que el equilibrio se alcanzó en 3500 minutos. Las curvas de decaimiento de la concentración se interpretaron por medio de modelos difusionales, y se encontró que el transporte externo controla la velocidad de adsorción de la AMP sobre FCA. Además, la velocidad de adsorción de TMP sobre la FCA y de AMP sobre el carbón F400n, son controladas por la difusión intraparticular.

In the present work, the adsorption equilibrium and rate of Ampicillin (AMP) and Trimethoprim (TMP) in aqueous solution on granular carbons F400 and F400n, and activated carbon fiber (FCA) were studied thoroughly. The dependence of the adsorption capacity concerning the pH, temperature and ionic strength of the solution was analyzed. Furthermore, the effects of the initial concentration, volumetric flow or stirring speed, volume of solution and mass of the adsorbent on the adsorption rate were investigated in detail. The results revealed that the adsorption capacity of the carbon materials is highly dependent on the solution pH because of the species of AMP and TMP present in the solution and the surface charge of the materials. On the other hand, the values of the heats of adsorption for TMP showed that the adsorption mechanism is mainly due to physical interactions; while, the heats of adsorption for AMP showed that it was adsorbed by physical and chemical interactions. The competitive adsorption of AMP and Cd(II) on F400n carbon and FCA was investigated. The binary adsorption data of AMP-Cd(II) on FCA was satisfactorily interpreted by several of the binary adsorption isotherm models, but none of the models fitted the AMP-Cd(II) adsorption data on F400n adequately. Additionally, it was observed that the adsorption of AMP slightly and antagonistically affected the adsorption of Cd(II) on F400n. In contrast, the adsorption of AMP on FCA was antagonistically influenced by the adsorption of Cd(II) due to the competition of both solutes for the same active sites. The adsorption rate of AMP and TMP on FCA was very fast since equilibrium was achieved in 30 and 80 minutes, respectively; however, the adsorption rate of AMP on the F400n carbon turned out to be very slow since equilibrium was attained in 3,500 minutes. The concentration decay curves were interpreted using the diffusional models, and it was found that the external transport controlled the adsorption rate of AMP on FCA. Besides, the adsorption rate of TMP on FCA and AMP on F400n carbon was controlled by the intraparticular diffusion.