Residuos de minerales arcillosos regionales y sus derivados como soporte en la remoción de ciprofloxacina

Abstract

La presencia de antibióticos en el ambiente, y en particular en el agua, es un hecho que ha adquirido especial atención en las últimas décadas, no solo por su posible ecotoxicidad, sino también por la consecuente y reportada aparición de bacterias resistentes a su efecto. La presencia de estas sustancias en el ambiente se asocia no solo a su utilización masiva en medicina humana y veterinaria sino también a la ineficiencia de los métodos primarios y secundarios de tratamientos de aguas. Un gran número de procesos han sido evaluados como posible complemento, entre los que la adsorción ha evidenciado ser uno de los más promisorios, por ser económico y eficiente. En este sentido, muy diferentes materiales han sido evaluados como adsorbentes de antibióticos desde medios acuosos. En este trabajo se estudió la posibilidad de utilizar un mineral arcilloso regional (RHF), que a su vez es un residuo de la industria minera, en su forma original y modificada para la remoción de Ciprofloxacina (CPX) desde medios acuosos. El mineral RHF fue inicialmente caracterizado y mostró ser una bentonita con un alto porcentaje de montmorillonita (89 %) y una capacidad de intercambio catiónico de 72,5 meq/g. Posteriormente fue modificado mediante dos procesos: pilarización con un oligocatión de hierro (Fe-PILC) y activación ácida con ácido sulfúrico (RHAa). La caracterización de los materiales sintetizados ser realizó por combinación de diferentes técnicas como DRX, FTIR, ATG, Isotermas de adsorción-desorción de N2 y titulaciones potenciométricas. Los resultados evidenciaron que, en ambos casos, se mantiene la estructura del mineral arcilloso de partida. La Fe-PILC presentó un aumento en su SBET de 5.5 veces respecto a la obtenida para la RHF y que se asocia al incremento considerable en el volumen de microporos generado por la presencia de los pilares interlámina. En el caso de la RHFa se observó un leve aumento de la SBET respecto el material natural también asociado a la generación de una baja microporosidad en la estructura arcillosa durante el ataque ácido. Los resultados de adsorción demostraron que los tres adsorbentes estudiados presentan capacidades de adsorción similares, que en orden creciente van de 109,0, 116,9 y 144,9 mg/g para RHFa, Fe-PILC y RHF, respectivamente. Tanto RHFa como Fe-PILC presentan variaciones en su química superficial y los resultados sugieren que la CPX se adsorbe sobre diferentes sitios en sus superficies. El estudio de los complejos de adsorción permitió proponer que RHF y RHFa interactúan con la molécula de CPX a través del grupo carboxilo y quinolona, posiblemente formando complejos de esfera interna, para la Fe-PILC no fueron concluyentes.

The emergence of antibiotics in the environment, particularly in water, has acquired special attention in the last decades, not only due to its possible ecotoxicity but also its consequent and reportedly contribution to increasing the resistant bacterial population. The presence of these substances in the environment is not only associated with the massive use in human and veterinary medicine but also to inefficient primary and secondary water treatments. Different methods have been evaluated as a complement treatment, among them, adsorption has shown to be promissory because of its efficiency and low cost. Multiples materials have been evaluated as antibiotic adsorbents in water media. In this work, a clay mineral (RHF) which is also a mining residue was evaluated as a possible Ciprofloxacin (CPX) adsorbent from water media. RHF clay characterization showed that it is a high montmorillonite percent bentonite (89%) with 72,5 meq/g cation exchange capacity. RHF clay was modified through two processes: pillarization with iron as pillar agent (Fe-PILC) and acid activation with sulfuric acid (RHFa). The materials characterization was made by XRD, FTIR TGA, N2 adsorption- desorption isotherms and potentiometric titration technics. In both cases, results showed that the raw material structure keeps unmodified. The Fe-PILC specific surface area (SBET) was 5.5. times higher than the SBET of the raw material, which is associated with micropores volume increment due to the presence of interlaminar pillars. The RHFa showed a slighter SBET increment than RHF one, also related to low microporosity generated during acid activation. Adsorption results evidenced that studied adsorbents have similar adsorption capacities of 109.0, 116.9 and 144.9 mg/g for RHFa, Fe-PILC and RHF, respectively. In addition, the results suggested that synthetized clays have superficial chemical modification and CPX is adsorbed on different superficial sites. Adsorption complex study allowed to propose that RHF and RHFa interact with CPX species through carboxyl and quinolone group, possibly giving place to inner-sphere complex whereas the Fe-PILC result was not conclusive.