Estudios de adsorción-desorción de fármacos sobre fibras de carbón activado

Abstract

El desarrollo sostenible es uno de los desafíos más importantes de nuestra generación. Indudablemente, el cambio climático global y la degradación ambiental son el resultado de una sociedad basada en una economía lineal enfocada en producir, consumir y desechar, que prioriza las ganancias económicas por sobre los factores sociales o ambientales. Este panorama genera una presión significativa sobre el medio ambiente y los recursos naturales, los cuales se vuelven cada vez más escasos y contaminados. Esto subraya la necesidad urgente de cambiar hacia un modelo económico circular basado en criterios de producción y consumo sostenibles que limite el uso de recursos no renovables y promueva la utilización, reutilización y reciclaje de los recursos disponibles. Por otro lado, la sociedad está tomando conciencia de los desafíos que representan los contaminantes emergentes en los recursos hídricos. La presencia de estos contaminantes y su resistencia a los métodos convencionales de tratamiento del agua han impulsado el desarrollo de alternativas para abordar este problema. Esta tesis doctoral se ha centrado en abordar los problemas mencionados anteriormente mediante la exploración de la síntesis de un producto de alto valor añadido (fibras de carbón activado) utilizando un precursor natural, fibra de lana. Esta materia prima natural es abundante y económica en Uruguay (uno de los mayores productores mundiales), donde se producen toneladas de fibras de lana cada año. Un objetivo principal fue optimizar las condiciones para el tratamiento del precursor de lana para obtener fibras de carbono y fibras de carbón activado. Debido a la composición y estructura compleja del precursor , uno de los mayores desafíos de esta tesis fue lograr las mejores condiciones de estabilización para mantener la morfología fibrosa. Otro desafío fue lograr las condiciones óptimas de activación necesarias para preservar la morfología fibrosa después de la activación. Los resultados obtenidos indican que un pretratamiento de estabilización oxidativa de las fibras de lana permite que el material sea expuesto a pasos de tratamiento posteriores a altas temperaturas sin comprometer la morfología fibrosa. Se obtuvieron fibras de carbono con redes de poros variadas mediante protocolos de activación tanto química como física de las fibras estabilizadas, pero solo la activación física permitió mantener la morfología fibrosa. Un segundo objetivo fue evaluar las potencialidades de las fibras de carbón activado como adsorbente para la eliminación de compuestos farmacéuticos de soluciones acuosas. Se realizaron estudios con soluciones monocomponente y mezclas binarias de dos contaminantes. Resumen xvi Los experimentos de adsorción en fase líquida para la eliminación de compuestos farmacéuticos demostraron que, independientemente de la morfología fibrosa, los materiales activados mostraron buenas capacidades de adsorción para los contaminantes estudiados. Las captaciones de las soluciones monocomponente y de las mezclas binarias se vieron afectadas por la fuerza iónica de la solución; la magnitud de este impacto dependió de la naturaleza del contaminante (es decir, el estado de ionización, el tipo de grupos funcionales superficiales). Dado que los materiales preparados están destinados a aplicarse como tratamiento terciario en plantas de tratamiento de agua, es importante comprender y controlar los parámetros operativos clave para tener en cuenta el rendimiento general. El mecanismo de adsorción de los compuestos farmacéuticos seleccionados es complejo, incorporando varias interacciones de naturaleza claramente diferente que un modelo de adsorción de Langmuir y un modelo cinético dependiente de la concentración pueden describir. Por otro lado, la adsorción de ambos compuestos farmacéuticos seleccionados en mezclas binarias sigue un Modelo de Langmuir Modificado Multicomponente con Factores de Interacción (η) y el mismo comportamiento cinético que en soluciones monocomponente. Los parámetros operativos críticos, como el pH de la solución o la fuerza iónica, afectaron igualmente la captación en las mezclas binarias, en comparación con la retención en soluciones monocomponente. El efecto competitivo en la capacidad de retención de ambos contaminantes en soluciones acuosas fue claramente observado, dando lugar a una disminución en la captación de metronidazol (siendo el sulfametoxazol preferentemente adsorbido en las fibras de carbón activado). No se pudo establecer una predicción general sobre el comportamiento de adsorción competitiva, ya que los modelos necesitan tener en cuenta las interacciones entre los contaminantes. En resumen, el trabajo realizado en esta tesis doctoral demuestra que se pueden preparar fibras de carbón activado derivadas de fibras de lana natural (un precursor no convencional) y que los materiales preparados muestran un rendimiento adecuado como adsorbentes de moléculas farmacéuticas.