Estudio teórico a nivel DFT de la adsorción de tetraciclina sobre montmorillonita de sodio

SILVINA PIRILLO; ROMINA LUNA; IGNACIO LÓPEZ CORRAL; ALFREDO JUAN; MARCELO AVENA

Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La tetraciclina es un antibiótico de interés ambiental ampliamente utilizado en ámbitos relacionados con la salud humana o en las actividades agropecuarias. Su distribución en el ambiente es fuertemente influida por procesos de adsorción en los minerales del suelo y sedimentos. Se conoce que, en medios acuosos, la tetraciclina se adsorbe en la superficie de minerales del tipo de las esmectitas principalmente por interacciones del tipo electrostáticas. No son bien conocidos, sin embargo, los cambios estructurales que la molécula sufre durante la adsorción.En este trabajo se estudió mediante métodos teóricos del funcional de la densidad (DFT) la adsorción de tetraciclina con una montmorillonita sódica (Na-MMT), con el objetivo de lograr un mayor entendimiento de los procesos que ocurren a escala molecular en la interfaz sólido/agua y su influencia en la movilidad y distribución de este tipo de contaminantes en el ambiente.Los cálculos se efectuaron mediante el código VASP [1], haciendo uso de la aproximación de gradiente generalizada (GGA) y de los funcionales PAW. El primer paso fue reproducir la celda unidad correspondiente a la Na-MMT. Luego se comenzó con la optimización de los parámetros de red, puntos k y energía de corte. Se tomó un valor de corte para la energía cinética de 650 eV. La integración en la zona de Brillouin se realizó empleando una grilla de 5 × 5 × 5 puntos k para el bulk de Na-MMT según el esquema de Monkhorst Pack [2]. En el caso de la tetraciclina aislada la grilla de puntos k elegida fue 1 x 1 x 1, al igual que para el sistema tetraciclina/Na-MMT. Se optimizaron las geometrías del bulk de Na-MMT, de la molécula de tetraciclina aislada y del sistema tetraciclina/Na-MMT. Todas las relajaciones se hicieron en vacío. Para realizar este estudio se seleccionó la tetraciclina totalmente protonada (TCH3+) ya que la misma presenta mayor interacción con la arcilla a pH ácidos, siendo el principal mecanismo de adsorción el intercambio catiónico [3].Se obtuvieron los siguientes parámetros de red: a = 5,20 Å; b = 9,20 Å; y c = 10,00 Å. El espaciado basal (d001) calculado fue de 10,17 Å para el bulk de Na-MMT. En el caso del sistema tetraciclina/MMT se observó una expansión del espaciado basal (19,62 Å). Los parámetros obtenidos durante la optimización geométrica de la arcilla y de la molécula aislada están en buen acuerdo con valores publicados en trabajos previos tanto experimentales como teóricos [3, 4]. Se completó el estudio con cálculos de densidad de estados (DOS), población de solapamiento de orbitales (COOP) y valores de población de solapamiento (OP).[1] G. Kresse, J. Furthmüller. Comp. Mater. Sci. 6, 15 (1996).[2] H. Monkhorst, J. Pack. Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).[3] M. E. Parolo, M. J. Avena, M. C. Savini, M. T. Baschini, V. Nicotra. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 417, 57 (2013).[4] A. Berghout, D. Tunega, A. Zaoui. Clays Clay Miner. 58, 174 (2010).