Desarrollo de adsorbentes a partir de residuos de arcillas de la Región Norpatagónica

Abstract

La presencia de productos farmacéuticos en el agua ha promovido el desarrollo de nuevas técnicas y materiales para la remoción de los mismos. Los objetivos principales de este trabajo se basan en la obtención de arcillas pilareadas (PILC) a partir de un residuo de la industria minera (RHF) y su evaluación como adsorbentes de ciprofloxacina (CPX) y diclofenac (DCF), fármacos clasificados como contaminantes emergentes (CE). La caracterización de RHF indicó que el alto contenido en esmectita sódica (91%) le otorga las propiedades necesarias para su modificación mediante pilarización, obteniendo arcillas pilareadas de Fe, Si-Fe y Si. Además, se evaluó la influencia de dos tipos de secado en la síntesis de las PILC, liofilizado (L) y estufa (E). Las propiedades texturales de los materiales sintetizados mostraron aumentos de sus superficies específicas aparentes (SBET) entre 5 y 13 veces mayor para la Fe-PILC(L) y Si-PILC(L), respectivamente, en comparación a RHF (33 m2.g-1). A partir de isotermas de adsorción de vapor de agua y el análisis de sedimentación se pudo demostrar un aumento de la hidrofobicidad de las PILC, indicando que las Fe-PILC presentan menor afinidad por el agua. El análisis de las propiedades texturales demostró que el método de secado produjo una importante diferencia en la mesoporosidad de las Fe-PILC, mientras que para las SiFe-PILC y Si-PILC, esta etapa de la síntesis no originó diferencias considerables Los estudios de remoción de CPX realizados en medio básico y sistema batch, mostraron que RHF retiene una elevada cantidad del fármaco (115 mg.g-1), mientras que las PILC adsorbieron cantidades menores (entre 62 y 92 mg.g-1) aunque presentaron mayor afinidad por el adsorbato que el material natural. La regeneración de los adsorbentes mediante calcinación, demostró la posibilidad de reutilizar las PILC al menos después de un ciclo ya que mantienen aproximadamente la capacidad de adsorción inicial. Los estudios preliminares de adsorción de CPX en columnas rellenas, mostraron mayor factibilidad de utilización de las PILC secadas en estufa para esta aplicación. Los resultados iniciales de adsorción de DCF resultaron prometedores para todas la PILC liofilizadas evaluadas, y en particular para Fe-PILC10 se alcanzaron elevados porcentajes de remoción, mientras que RHF apenas logró retener el fármaco. La regeneración del adsorbente luego de dos ciclos de calcinación mostró una disminución en el porcentaje de remoción de DCF, que aun así continúa siendo un valor importante para este tipo de aplicación.

The main objective of this work is the development of adsorbent materials that are capable of removing pharmaceutical products from aqueous media. Pillared clays (PILC) were obtained from clay waste from the mining industry (RHF). These materials were evaluated as adsorbents for ciprofloxacin (CPX) and diclofenac (DCF), drugs classified as emerging contaminants (EC). RHF characterization indicated a high content of sodium smectite (91%) in its composition, which gives it the necessary properties for its modification throug pillarization. Fe, Si-Fe and Si pillared clays were obtained using RHF as starting material. The influence of two types of drying on the production of PILC, freeze-drying (L) and stove-drying (E), was evaluated. Textural properties of the synthesized materials showed increases in their specific surface area (SBET) compared to RHF (33 m2.g-1), between 5 and 13 times higher for Fe-PILC(L) and Si-PILC (L), respectively. An increased hydrophobicity of PILC could be demonstrated from water vapor adsorption isotherms and sedimentation analysis, corresponding to the highest values for Fe-PILC. The analysis of the textural properties showed that the drying method produced an important difference in the mesoporosity of the Fe-PILC. For SiFe-PILC and Si-PILC, the drying step used in the synthesis did not cause considerable differences. The CPX removal studies carried out in basic medium and batch systems, showed that RHF retains a high amount of the drug (115 mg.g-1), while PILC adsorbed lower amounts (between 62 and 92 mg.g-1) although they evidenced higher affinity for the adsorbate than the natural material. The regeneration of the adsorbents by calcination demonstrated the possibility of reusing the PILC at least after one cycle, given that they maintain approximately the initial adsorption capacity. Preliminary studies of CPX adsorption on packed columns showed that stove-dried PILC were more feasible to use in this application. The initial results of DCF adsorption were promising for all the freeze-dried PILC evaluated, and in particular for Fe-PILC10 high removal percentages were achieved, while RHF hardly managed to retain the drug. The regeneration of the adsorbent after two calcination cycles showed a decrease in the percentage of DCF removal, which still remains an important value for this type of application.