Síntesis y caracterización de organoarcillas con posibles aplicaciones en salud y ambiente

Abstract

La región del alto valle de Río Negro-Neuquén cuenta con bentonitas naturales de altísima pureza que se utilizan actualmente en diferentes industrias pero que tienen el enorme potencial de ser desarrollados como adsorbentes debido a que son abundantes, económicos y, por su condición de naturales, amigables con el ambiente. Las antocianinas (ACy) son un grupo muy importante de pigmentos hidrosolubles naturales, responsables del color rojo, púrpura y azul de diferentes plantas, frutas y flores. Estas sustancias presentan enormes potencialidades para su aplicación en salud, pero son muy inestables en medios acuosos. En el presente trabajo, cuatro bentonitas de la zona del alto valle identificadas como: TAE, T5, BSAM y BCB fueron caracterizadas y evaluadas como adsorbentes de antocianinas para la obtención de organoarcillas (OC). Las OC son nuevos materiales que pueden ser utilizados como posibles adsorbentes de sustancias apolares contaminantes desde medios acuosos o bien ser aplicadas en sí mismos en salud o cosmética. Los materiales naturales se caracterizaron estructural y fisicoquímicamente mediante diferentes técnicas que evidenciaron que, en todos los casos, son bentonitas con altos contenidos de montmorillonita (entre 90 y 99 %). Esta caracterización también mostró que los materiales TAE, T5 y BSAM son montmorillonitas sódicas, mientras que BCB es una montmorillonita cálcica. Los estudios de adsorción realizados mostraron que los materiales regionales tienen capacidades de adsorción de 48,75; 28,14; 24,77 y 8,10 mg ACy/g de arcilla para las muestras TAE, BSAM, T5 y BCB, respectivamente. En todos los casos, los resultados sugieren que el mecanismo de adsorción de ACy sobre las muestras naturales corresponde a un mecanismo de adsorción por intercambio catiónico. Esto implica que, durante la adsorción, el catión flavilio presente en la solución de ACy se adsorbe desplazando los cationes presentes en el material natural. Esto último se respaldó con el estudio de los complejos de adsorción que permitió comprobar que las ACy se encuentran presentes en la interlámina de los materiales con aumentos de espaciados basales de 12,6 Å a alrededor de 14,2 Å. Los materiales sintetizados mostraron además ser considerablemente más hidrofóbicos que los naturales, indicando que pueden ser aplicados como adsorbentes de moléculas apolares. Asimismo, las OC sintetizadas son materiales sumamente amigables con el ambiente y no tóxicos, lo cual abre un abanico de posibles nuevas aplicaciones en salud y cosmética que podría impactar en la industria regional.

The Alto Valle de Rio Negro-Neuquén region have high-quality bentonites, currently used in many industries. These natural materials are abundant, economical, and environmentally friendly. Therefore, they could be good adsorbents for emerging contaminants and other organic compounds from water. Anthocyanins (ACy) are natural hydrosoluble pigments responsible for the red, purple, and blue colour in different plants, fruits, and flowers. These substances present a great potential for health-related applications, but they are highly unstable in aqueous solutions. In this work, four local bentonites, identified as TAE, T5, BSAM, and BCB, were characterized and evaluated as anthocyanin adsorbents for obtaining Organoclays (OC). OC are new materials that can be evaluated as adsorbents for non-polar contaminants which are not usually removed from natural clays. Additionally, OC can be used for health and cosmetical applications. Natural materials characterization was performed through different techniques and evidence that, in all cases, bentonites present high content of montmorillonite (between 90 and 99 %). Moreover, the results showed that TAE, T5 and BSAM are sodium montmorillonites, whereas BCB is a calcium montmorillonite. Adsorption studies showed that regional materials have adsorption capacities of 48.75, 28.14, 24.77, and 8.10 [mgAcy/gClay] for TAE, BSAM, T5, and BCB, respectively. In all cases, the adsorption results suggest a cation exchange adsorption mechanism for ACy on natural clays which is according to the fact that the flavylium cation is the specie present in solution at studied conditions. The results for adsorption complex studies verified that anthocyanin molecule is found in the interlayer space incrementing basal space from 12.6 Å up to 14.2 Å. Additionally, the OC obtained showed that they are considerably more hydrophobic materials than natural clays, suggesting that can be applied as non-polar molecules adsorbents. Besides, synthetized OC are highly environmentally friendly and non-toxic materials, which opens a range of new possible applications in health and cosmetical industries, as well as it can have an impact on the regional industry.