Aplicación de Tecnologías Novedosas y Convencionales para la Eliminación Multicomponente de Antibióticos del Agua

Abstract

Los compuestos sulfametoxazol (SMX) y metronidazol (MNZ) son contaminantes emergentes comúnmente encontrados en aguas superficiales y residuales, con potencial impacto en la salud pública y el medio ambiente incluso a niveles traza. Una alternativa eficiente para su eliminación es la tecnología de adsorción. Se evaluaron procesos de adsorción individual y binaria utilizando carbón activado granular (CAG F400) para SMX y MNZ en solución acuosa, empleando un diseño experimental Box-Behnken y análisis de varianza. Se empleó la teoría de densidad funcional (DFT) para caracterizar las interacciones entre los antibióticos y la superficie del CAG F400. Se obtuvieron capacidades de adsorción (qe) de 1.61 mmol g-1 para SMX y 1.10 mmol g-1 para MNZ, y se determinó que el modelo de isoterma de Prausnitz-Radke se ajustaba mejor a los datos experimentales. Para la adsorción binaria, se logró una capacidad total de 1.13 mmol g-1 evidenciando una adsorción competitiva. Los factores significativos que determinaron la eliminación en solución binaria fueron el pH y la concentración inicial de antibióticos. Se discutió la aplicación de los procesos avanzados de oxidación (UV/H2O2 y ozonación) para la degradación de SMX y MNZ en sistemas únicos y binarios, con altas eficiencias de eliminación y la identificación de subproductos degradados mediante cromatografía líquida de alta resolución acoplado a masas. Se sintetizó y evaluó carbón activado impregnado con Fe2+ y Fe3+ elaborado a partir de bagazo de maguey para la eliminación de sulfametazina (SMT), alcanzando eficiencias de eliminación del 61% y 78%, respectivamente, en ciclos de adsorción-degradación acoplados.

The sulfamethoxazole (SMX) and metronidazole (MNZ) compounds are emerging contaminants commonly found in surface and wastewater, with potential impact on public health and the environment even at trace levels. An efficient alternative for their removal is adsorption technology. Individual and binary adsorption processes were evaluated using granular activated carbon (GAC F400) for SMX and MNZ in aqueous solution, employing a Box-Behnken experimental design and analysis of variance. Density functional theory (DFT) was used to characterize the interactions between the antibiotics and the surface of GAC F400. Adsorption capacities (qe) of 1.61 mmol g-1 for SMX and 1.10 mmol g-1 for MNZ were obtained, and it was determined that the Prausnitz-Radke isotherm model best fit the experimental data. For binary adsorption, a total capacity of 1.13 mmol g-1 was achieved, demonstrating competitive adsorption. Significant factors determining removal in binary solution were pH and initial antibiotic concentration. The application of advanced oxidation processes (UV/H2O2 and ozonation) for the degradation of SMX and MNZ in single and binary systems was discussed, showing high removal efficiencies and the identification of degraded by-products using high-resolution liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Activated carbon impregnated with Fe2+ and Fe3+ synthesized and evaluated from agave bagasse for sulfamethazine (SMT) removal, achieving removal efficiencies of 61% and 78%, respectively, in coupled adsorption-degradation cycles.