Adsorción de sustancias de uso farmacéutico en sistemas acuosos utilizando materiales carbonosos

Abstract

El presente trabajo se enfoca en el empleo de un material nanoparticulado obtenido por oxidación química de un grafito de fuente natural (Gr), aplicando el método de Tour1, para la remoción por adsorción de cafeína (CF) de matrices acuosas. A fin de optimizar su separación mediante la aplicación de un campo magnético, el material así obtenido (GO) fue también magnetizado con nanopartículas de magnetita (Fe3O4)2. Se mezclaron en diferentes proporciones para obtener tres nanomateriales magnéticos (GO_MAG1, GO_MAG2 y GO_MAG3), que poseen las tres siguientes relaciones de masas de GO: Fe3O4, respectivamente: 1:5; 1:2,5 y 1:0,5. Entre los ensayos de caracterización realizados, los diagramas de DRX evidencian modificaciones en la estructura del Gr luego de la oxidación. Sin embargo, las áreas superficiales BET tanto del Gr como del GO no sufrieron modificaciones producto del tratamiento oxidativo, obteniéndose valores de 4,57 y 5,36 m2 g-1, respectivamente. La eficiencia en la oxidación del material pudo demostrarse a partir de diferentes técnicas de caracterización. Mediante espectroscopia IR se detectaron grupos funcionales oxigenados presentes en GO: -OH (3430 cm-1); C=O (1716 cm-1); C=C (1576 cm-1); C-OH (1356 cm-1); C-O-C (1173 cm-1). En el caso de los materiales magnetizados se observaron bandas de absorción IR de Fe-O (575 cm-1) correspondientes a la magnetita incorporada. Los resultados de TGA también aportaron evidencias respecto de la presencia de grupos oxigenados en el GO. En dicho material se identificaron tres etapas: en la primera se eliminó agua y grupos oxigenados más lábiles, luego los grupos oxigenados más estables y por último la degradación final con una pérdida de masa de 45% entre 450-550ºC. En cambio, en el Gr se confirma su alta estabilidad térmica cuya descomposición comienza a los 500ºC, perdiendo alrededor del 97% de masa al alcanzar los 800ºC. A su vez, las determinaciones de los potenciales z tanto del Gr y GO, mostraron valores negativos en el intervalo de pH analizado (2-11), siendo los mayores potenciales los correspondientes al GO. Todos estos resultados permiten verificar oxidación del Gr. En lo que respecta a la adsorción de CF, la capacidad de adsorción a pH 5 y 22±1ºC de Gr fue superada ampliamente por el material oxidado GO, alcanzando valores de 34,12 y 80,45 mg g-1 respectivamente. Sin embargo, paras las tres magnetizaciones realizadas no se logró alcanzar valores semejantes al de GO: 19,06 mg g-1 (GO_MAG3) > 6,05 mg g-1 (GO_MAG2) > 4,96 mg g-1 (GO_MAG1), en todos los casos trabajando con concentraciones de sólido de 500 mg L-1. Las diferencias en las capacidades de adsorción de CF para el adsorbente GO pueden atribuirse principalmente a la interacción de dicha molécula con los grupos oxigenados generados por la oxidación. Así también, los ensayos de adsorción realizados con los materiales magnetizados pueden sugerir que la Fe3O4 podría ocupar algunos sitios activos de los materiales oxidados, disminuyendo así la posibilidad de presentar interacciones con la CF.