REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EMERGENTES EMPLEANDO UN CARBÓN ACTIVADO DESARROLLADO A PARTIR DE CÁSCARAS DE NARANJA

FERNANDEZ, M.E.; BONELLI, P.R.; CUKIERMAN, A.L.

Buenos Aires

Congreso; XXXI Congreso Argentino de Química; 2016

Introducción: En años recientes se ha detectado un nuevo grupo de contaminantes en los cursos de agua denominados emergentes, que incluye fármacos, hormonas y productos cosméticos. Si bien aún se suelen encontrar en concentraciones muy bajas (ng/L o μg/L), la preocupación por su presencia en el ambiente y sus posibles efectos adversos es creciente. Estos compuestos pueden ingresar al medioambiente a través de distintas vías: durante su manufactura, por disposición a consecuencia de su vencimiento o, principalmente, por excreción humana y animal [1]. Se han propuesto distintos métodos de tratamiento, siendo los basados en la adsorción mediante carbones activados uno de los más utilizados. A su vez, la posibilidad de desarrollar carbones efectivos a partir de precursores alternativos a los convencionales, permite la revalorización de, por ejemplo, residuos y subproductos originados en actividades agro-industriales. Entre éstos, las cáscaras de cítricos han sido probadas como precursores exitosos [2; 3]. En el presente trabajo se aborda la aplicación de un carbón activado desarrollado a partir de cáscaras de naranjas (residuo agro-industrial), generadas en la industrialización del jugo, para la remoción de dos contaminantes emergentes: diclofenac sódico (DFS), anti-inflamatorio no esteroideo de uso generalizado, y ácido salicílico (AS), metabolito de la aspirina. Materiales y métodos: La preparación del carbón activado se llevó a cabo empleando cáscaras de naranja de la especie Citrus sinensis como precursor. Éstas se lavaron, secaron, molieron y tamizaron (tamaño promedio de partícula de 750 μm). El precursor se impregnó con una solución de ácido fosfórico (50 %p/p) por 2 h en estufa a 110ºC (relación ácido/ precursor de 2:1) y posteriormente se sometió a tratamiento térmico moderado (475ºC, 30 min.) en atmósfera autogenerada. La caracterización química del carbón activado resultante (CACN) consistió en la determinación del pH en el punto de carga cero (pHzc) [2], la determinación volumétrica de grupos funcionales superficiales básicos (GFB) y oxigenados ácidos (GFOA) mediante una modificación del método de Boehm [2] y la identificación de funcionalidades superficiales mediante espectroscopía FT-IR. Se realizó la caracterización textural de CACN a partir de las isotermas de adsorción de N2 a -196 °C (sortómetro Micromeritics ASAP 2020). Se aplicó el modelo de Brunauer, Emmett y Teller (BET) para evaluar la superficie específica (SBET). Se estimó el volumen total de poros (Vt) a la presión relativa (p/p0) = 0.95 y se obtuvo el diámetro medio de poros (W=4Vt/SBET). La distribución de tamaños de poro se calculó a partir de los datos de adsorción de N2 mediante DFT Plus Software (Micromeritics Instrument Corp.). A fin de evaluar la performance de CACN en la remoción de los contaminantes emergentes (DFS y AS), se realizaron ensayos de adsorción en el equilibrio en modo batch, a 20 ºC. Para determinar el pH óptimo de trabajo se obtuvieron las curvas de pH, en el rango de estabilidad de cada compuesto, contactando 0.03 g de CACN con 50mL de la solución de DFS (λmax= 275 nm) o AS (λmax= 297 nm). En base a estos resultados, se determinaron las isotermas de adsorción de ambos contaminantes, al pH óptimo para cada uno. Resultados: La caracterización química del carbón activado mostró que éste presentaba tanto grupos básicos (GB= 0.19 mequiv/g) como ácidos (GFOA= 1.46 mequiv/g), siendo los últimos los predominantes. Esto muestra la naturaleza levemente acídica del adsorbente, confirmada por el valor del punto de carga cero obtenido (pHzc =5.5). El espectro FT-IR de CACN mostró picos característicos asignados a grupos carboxilatos y enlaces C=C presentes en compuestos aromáticos, así como la posible presencia de ésteres fosfatos y polifosfatos, indicando la presencia de P residual combinado con la estructura orgánica o físicamente entrampado en el carbón. La caracterización textural mostró que CACN presentaba un SBET de 1090 m2/g, un volumen total de poros de 1.2 cm3/g y 80% de mesoporos. En relación a los ensayos de adsorción de DFS y AS, ambas curvas de pH (Figura) mostraron una disminución de la remoción de cada compuesto con el aumento del pH. A pH superiores al pHzc, la carga superficial de CACN es netamente negativa. En el rango de estabilidad del DFS, la molécula se encuentra desprotonada (pKa=4.15), por lo que a medida que incrementa el pH de la solución aumenta la repulsión electrostática. Esto también ocurre para el AS (pKa=2.97), registrándose la remoción máxima a pH 2, cuando la molécula se encuentra en su forma neutra y se minimizan las repulsiones. A partir de los resultados de las curvas de pH, se eligieron los valores de pH=2 (AS) y pH=5.5 (DFS) para la obtención de las isotermas de adsorción. Se aplicaron los modelos de Langmuir y Freundlich para la descripción de los datos experimentales, permitiendo el último un ajuste levemente mejor de los datos, indicando una posible adsorción multicapa de DFS y AS. Las máximas capacidades de adsorción obtenidas a partir de este modelo resultaron de 2.2 mmol/g (DFS) y 0.9 mmol/g (AS), siendo superiores a las de carbones activados comerciales [4].