Estudios de remoción de contaminantes emergentes usando sólidos regionales con potenciales aplicaciones en tratamiento de agua

Abstract

Los productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) son un grupo de contaminantes emergentes (CE) cuyo riesgo ambiental ha sido detectado sólo hace unas décadas. Se los ha encontrado mundialmente en cuerpos de agua debido a su continua introducción por parte de múltiples actividades humanas, generando la preocupación de investigadores y legisladores. Como respuesta a esta problemática, resulta necesario buscar métodos alternativos de descontaminación y es así como, en la actualidad, los procesos de adsorción con arcillas podrían ser una opción prometedora como posible etapa complementaria en las plantas de tratamiento de agua. En este trabajo se busca evaluar la remoción de dos CE modelo, Ciprofloxacina (CPX, antibiótico) y Lidocaína (LID, anestésico), desde medios acuosos utilizando bentonitas de la región del Alto Valle de Río Negro-Neuquén. Estos materiales son abundantes en la naturaleza, económicos, amigables con el ambiente y tienen el enorme potencial de ser utilizados como adsorbentes de distintas sustancias en medio acuoso. Con este fin se seleccionó un grupo de cuatro bentonitas regionales que se caracterizaron y evaluaron como posibles adsorbentes de los CE. Su caracterización mostró que todos los materiales presentan valores superiores al 87% en esmectita dioctaédrica con capacidades de intercambio catiónico (CIC) que se encuentran entre 73 meq.100-1 g-1 y 101,4 meq.100-1 g-1. Las bentonitas RHF, BSAM y TAE poseen sodio como catión mayoritario en su interlámina mientras que la muestra BCB presenta cationes divalentes (Ca y Mg). Los estudios de adsorción mostraron que los materiales con mayor capacidad de retención de los CE fueron BCB y RHF en las condiciones bajo estudio. En el caso de la CPX, los materiales mostraron capacidades de adsorción similares: 251,71 mg.g-1 y 267,85 mg.g-1 para RHF y BCB, respectivamente sugiriendo mecanismos de adsorción por intercambio catiónico. Mientras que los resultados obtenidos en la adsorción de LID muestran que la especie catiónica de la misma no desplaza el total de cationes presentes en interlámina de la muestra BCB, pero supera esta cantidad para la RHF. Esto último sugiere que, en este último sistema, la especie en solución no sólo se adsorbe por intercambio catiónico sino también existe un 19% de LID que se adsorbe mediante algún otro mecanismo, como podría ser mediante fuerzas de Van der Waals. Para finalizar, se realizaron los espectros infrarrojos de los complejos CPX-arcilla y los resultados obtenidos evidenciaron la interacción de la molécula de CPX con la superficie arcillosa, sugiriendo que el grupo carboxilo es el que se encuentra involucrado en la adsorción mediante formación de complejos de esfera interna.

Pharmaceuticals and Personal Care Products (PPCPs) were reported until a few decades ago as emerging contaminants (EC) representing an environmental risk. They have been globally detected in water courses due to their continuous input from multiple human activities, acquiring the attention of researchers and legislators. Alternative decontamination methods are necessary, and clay-based adsorption processes could serve as a promising option as a possible complementary stage in water treatment plants. In this work, the elimination of two ECs: Ciprofloxacin (CPX, antibiotic) and Lidocaine (LID, anesthetic), was evaluated by adsorption from aqueous media using bentonites from the Upper Valley of Río Negro-Neuquén region. These materials are abundant in nature, cost-effective, environmentally friendly, and have high performance as adsorbents for various substances in aqueous environments. Four regional bentonites were selected, characterized, and evaluated as potential adsorbents for ECs. Characterization revealed that all materials exhibit values higher than 87% in dioctahedral smectite with cation exchange capacities (CEC) between 73 meq.100-1 g-1 and 101.4 meq.100-1 g-1. The RHF, BSAM, and TAE bentonites showed sodium as the major interlayer cation, whereas sample BCB contains divalent cations (Ca and Mg). Adsorption studies evidenced that materials with higher EC retention capacities were BCB and RHF under the studied conditions. For CPX, the materials exhibited similar adsorption capacities: 251.71 mg.g- 1 and 267.85 mg.g-1 for RHF and BCB, respectively, suggesting cation-exchange mechanisms. Results obtained for LID adsorption indicated that its cationic species does not displace the total interlayer cations in sample BCB but exceeded this quantity for RHF. This last suggests that for the RHF adsorption, the LID species not only adsorbs through cation exchange but also other mechanisms, such as Van der Waals forces, reaching 19% of LID adsorption. Finally, infrared spectra of CPX-clay complexes were obtained, indicating the interaction of CPX molecules with the clay surface and suggesting that the carboxyl group is involved in adsorption by inner-sphere complexes formation.