Remoción de cafeína y diclofenac utilizando materiales adsorbentes arcillosos regionales

Abstract

Estudios recientes han evidenciado una creciente presencia de contaminantes emergentes en medios acuáticos, particularmente productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs), los cuales han adquirido particular relevancia debido a su uso extendido, persistencia ambiental y potencial impacto ecotoxicológico. Estos compuestos ingresan al ambiente acuático principalmente a través de efluentes urbanos, industriales y agropecuarios, debido a la limitada eficiencia de los tratamientos convencionales. Sus principales fuentes incluyen el uso de fármacos en la producción agropecuaria, la excreción humana y animal, y los residuos de productos sanitarios y domésticos. Con el propósito de aportar al abordaje de una problemática ambiental que, a pesar de su creciente relevancia, continúa siendo escasamente considerada tanto en la investigación científica como en los marcos regulatorios vigentes, el presente trabajo se enfoca en el tratamiento de dos contaminantes emergentes, la cafeína y el diclofenac, mediante procesos de adsorción empleando materiales arcillosos. La elección de esta tecnología se debe a su bajo costo, facilidad de implementación y amplia disponibilidad, lo que la posiciona como una alternativa prometedora frente a métodos convencionales que suelen implicar mayores requerimientos técnicos y económicos. Para el desarrollo experimental se seleccionó la arcilla natural RHF, debido a su alta disponibilidad regional, bajo costo y adecuadas propiedades fisicoquímicas para procesos de adsorción. Con el objetivo de optimizar su desempeño, la RHF fue sometida a diversas modificaciones fisicoquímicas, incluyendo tratamiento ácido (RHF H⁺), pilarización con hierro (FePILC) y silanización (RHF S), de forma tal de incrementar su acidez superficial, su área específica y el grado de funcionalización química de sus sitios activos. Los resultados obtenidos evidenciaron para la adsorción de diclofenac (DCF), que las arcillas modificadas FePILC y RHF H⁺ presentaron los mayores valores de capacidad adsorbente, alcanzando 39,17 mg/g y 34,14 mg/g, respectivamente. En el caso de la cafeína (CF), la arcilla RHF H⁺ mostró el mejor rendimiento, con una capacidad de 29,07 mg/g, mientras que la FePILC registró un valor notablemente menor (17,89 mg/g). Además, se observó que los tratamientos fisicoquímicos implementados modifican de manera diferencial la afinidad de la arcilla hacia cada uno de los fármacos evaluados, destacándose la RHF H⁺ por su desempeño global y la FePILC por su elevada eficiencia específica frente al DCF.

Recent studies have demonstrated an increasing presence of emerging contaminants in aquatic environments, particularly pharmaceutical and personal care products (PPCPs), which have gained significant relevance due to their widespread use, environmental persistence, and potential ecotoxicological impact. These compounds enter aquatic systems primarily through urban, industrial, and agricultural effluents, owing to the limited efficiency of conventional treatment processes. Their main sources include the use of pharmaceuticals in agricultural production, human and animal excretion, and residues from domestic and sanitary products. With the aim of contributing to the understanding of an environmental issue that, despite its growing importance, remains insufficiently addressed in both scientific research and current regulatory frameworks, the present study focuses on the treatment of two emerging contaminants—caffeine and diclofenac—through adsorption processes employing clay-based materials. The choice of this technology is based on its low cost, ease of implementation, and widespread availability, positioning it as a promising alternative to conventional methods that typically entail greater technical and economic requirements. For the experimental development, the natural RHF clay was selected due to its high regional availability, low cost, and suitable physicochemical properties for adsorption processes. In order to optimize its performance, the RHF clay underwent various physicochemical modifications, including acid treatment (RHF H⁺), iron pillaring (FePILC), and silanization, with the objective of enhancing its surface acidity, specific surface area, and the degree of chemical functionalization of its active sites. The results obtained showed that, for diclofenac (DCF) adsorption, the modified clays FePILC and RHF H⁺ exhibited the highest adsorption capacities, reaching 39,17 mg/g and 34,14 mg/g, respectively. In the case of caffeine (CF), the RHF H⁺ clay demonstrated the best performance, with an adsorption capacity of 29,07 mg/g, whereas the FePILC recorded a notably lower value (17,89 mg/g). Additionally, the physicochemical treatments applied were found to differentially modify the affinity of the clay toward each of the evaluated pharmaceuticals, with RHF H⁺ standing out for its overall performance and FePILC for its high specific efficiency in the removal of DCF.