Adsorción de compuestos farmacéuticos en solución acuosa sobre paligorskita y organopaligorskita

Abstract

En este trabajo se estudió la eliminación de tetraciclina (TC) en solución acuosa por medio de adsorción sobre paligorskita natural (Pal) y modificada. Las arcillas modificadas fueron Pal tratada con HCl a 60 °C eliminando impurezas (Pal-Ac); después del tratamiento ácido, se trató térmicamente a temperatura de 300 °C (Pal-AcT) para mejorar sus propiedades de textura y químicas; y organopaligorskita (O-Pal) que se modificó mediante la adsorción de un surfactante de amonio cuaternario catiónico, bromuro de hexadeciltrimetil amonio (HDTMA). La Pal presento mejor capacidad de adsorción que las Pal modificadas, a una concentración en equilibrio de 80 mg/L, la masa adsorbida de TC fue de 299, 80, 56 y 42 mg/g en Pal, Pal-Ac, Pal-AcT y O-Pal a pH = 7 y 25 °C. Se utilizaron las técnicas de caracterización de FT-IR, DRX, TGA, MEB, fisisorción de N2 y potencial Zeta, y se comprobó que las propiedades de textura de las arcillas Pal-Ac y Pal-AcT se incrementaron debido a la eliminación de agua y obstrucciones en los poros del material. En el caso de la O-Pal, sus propiedades de textura disminuyeron por el bloqueo de los poros ocasionado por la adsorción de la molécula del HDTMA. El valor del calor isostérico de adsorción y el estudio de reversibilidad demostró que los mecanismos de adsorción de TC son interacciones físicas y químicas, y se atribuyeron a lo siguiente: i) Interacciones electrostáticas entre la superficie negativa de la Pal y la especie zwitteriónica de TC2±; ii) Puentes de hidrógeno de los grupos silanoles de Pal y los grupos polares de la TC; iii) Intercambio catiónico de los cationes localizados en los canales de la Pal. Además, se estudió la adsorción de otros compuestos farmacéuticos y se comprobó que el tamaño de molécula y el coeficiente de partición octanol/agua (LogKO/W) no afectan la capacidad de adsorción de la Pal. Se utilizo O-Pal para adsorber diclofenaco (DCF) y mediante el estudio de los efectos de pH, temperatura y fuerza iónica en el equilibrio de adsorción se comprobó que la modificación de las propiedades por la adsorción de HDTMA se favoreció la capacidad para adsorber contaminantes aniónicos, organofílicos e hidrofóbicos. A una concentración en equilibrio de DCF de 450 mg/L, las capacidades de la Pal y O-Pal fueron de 10.03 a 90.03 mg/g, lográndose que la capacidad de la O-Pal fuera 9 veces más alta que la de la Pal. En la O-Pal se favoreció la adsorción de DCF debido a los nuevos sitios aniónicos del surfactante, y a las interacciones hidrofóbicas entre el DCF y la fase orgánica de la O-Pal.

In this work, the removal of tetracycline (TC) in an aqueous solution employing adsorption on natural palygorskite (Pal) and modified Pal was studied. The modified clays were Pal treated with HCl at 60 °C eliminating impurities (Pal-Ac); after acid treatment, it was heat treated at a temperature of 300 °C (Pal-AcT) to improve its textural and chemical properties, and organopalygorskite (O-Pal) that was modified by adsorption of a cationic quaternary ammonium surfactant, hexadecyltrimethylammonium bromide (HDTMA). The Pal presented a higher adsorption capacity than the modified Pal at an equilibrium concentration of 80 mg/L. The mass of TC adsorbed was 299, 80, 56 and 42 mg/g in Pal, Pal-Ac, Pal-AcT and O-Pal at pH = 7 and 25 °C. The FT-IR, DRX, TGA, MEB, N2 physisorption and Zeta potential characterization techniques were used, and it was confirmed that the textural properties of the Pal-Ac and Pal-AcT clays increased due to the removal of water and obstructions in the pores of the material. In the case of O-Pal, its textural properties decreased due to the blockage of the pores caused by the adsorption of the HDTMA molecule. The isosteric adsorption heat value and the reversibility study demonstrated that the TC adsorption mechanisms are physical and chemical interactions and were attributed to the following: i) Electrostatic interactions between the negative surface of the Pal and the zwitterionic species of TC2±; ii) Hydrogen bonds of the silanol groups of Pal and the polar groups of TC; iii) Cation exchange of cations located in the channels of the Pal. In addition, the adsorption of other pharmaceutical compounds was studied, and it was confirmed that the molecular size and the octanol/water partition coefficient (LogKO/W) do not affect the adsorption capacity of Pal. The O-Pal was used to adsorb diclofenac (DCF), and the analysis of the effects of pH, temperature and ionic strength on the adsorption equilibrium revealed that the modification of the properties by the adsorption of HDTMA favored the capacity for adsorbing anionic, organophilic and hydrophobic contaminants. At an equilibrium concentration of DCF of 450 mg/L, the adsorption capacities of the Pal and O-Pal ranged from 10.03 to 90.03 mg/g, making the capacity of the O-Pal 9 times higher than that of the Pal. On the O-Pal, the adsorption of DCF was favored due to the new anionic sites of the surfactant and to the hydrophobic interactions between the DCF and the organic phase of the O-Pal.