Eliminación de contaminantes emergentes acuosos con redes metal orgánicas de tierras raras

Abstract

En este trabajo de investigación se reportó el estudio de la adsorción de algunos contaminantes farmacéuticos considerados “contaminantes emergentes”. Los materiales adsorbentes empleados fueron las Ln₂MOF₃ que se sintetizaron con ligantes orgánicos BDC (ácido tereftalico) y BDC-NH₂ (ácido aminotereftalico), por su parte los centros metálicos fueron samario, europio, terbio y disprosio. La síntesis se realizó a temperatura ambiente y sin ningún solvente de toxicidad elevada, ya que solo se empleó agua y etanol. Las propiedades fisicoquímicas de las Ln₂MOF₃ como son la capacidad de adsorción, la estructura, los grupos funcionales, las áreas superficiales, las morfologías, la estabilidad térmica y propiedades luminiscentes, se analizaron utilizando espectroscopia UV-Vis, DRX, FTIR, adsorción de N₂, MEB, ATG y espectroscopia de fotoluminiscencia. Los procesos de retención de CE se realizaron a concentraciones de 100 ppm de cada fármaco propuesto (ibuprofeno, naproxeno, sulfametoxazol y ciprofloxacino) con 0.2 g de Ln₂MOF₃. Además, se compararon todas las propiedades fisicoquímicas ya mencionadas después de la adsorción de los CE para poder determinar los cambios que provocaron los fármacos en las Ln₂MOF₃. La cantidad de CE adsorbida de cada una de las MOF fue de: 38.5, 19.2, 35.0 y 36.4 % para IBU, 34.6, 31.3, 43.2 y 50.2%, para NAP, 13.4, 17.8, 11.2 y 27.5% en el caso de SMX fueron de y de 32.6, 22.4, 27.2 y 30.8% para CIP y 30.8% en las MOF: Sm₂BDC₃, Eu₂BDC₃, Tb2BDC₃, y Dy₂BDC₃ respectivamente. Los resultados del grupo BDC-NH₂ arrojaron valores para NAP de 16.1, 16.3, 16.1 y 5.8%, las adsorciones de SMX 26.4, 26.3, 26.4 y 13.5% y los resultados de CIP fueron de 20.8, 20.9, 20.7 y 4.2% para Sm₂(BDC-NH₂)₃, Eu₂(BDC-NH₂)₃, Tb₂(BDC-NH₂)₃ y Dy₂(BDC-NH₂)₃. Se logró determinar la influencia de los grupos funcionales en la capacidad de adsorción y la dependencia del radio iónico de los lantánidos en estos procesos mediante las técnicas ya antes dichas al analizar las muestras post adsorción. Adicionalmente, se realizó un estudio de equilibrio químico donde se determinaron constantes de equilibrio con los modelos: Freundlich, Langmuir, Temkin y Dubinin-Radushkevich para los CE adsorbidos en la MOF de BDC.

In this research work, the study of the adsorption of some pharmaceutical contaminants considered "emerging contaminants" was reported. The adsorbent materials used were Ln₂MOF₃ that were synthesized with organic ligands BDC (terephthalic acid) and BDC-NH₂ (aminoterephthalic acid), while the metal centers were samarium, europium, terbium and dysprosium. The synthesis was carried out at room temperature and without any highly toxic solvent, since only water and ethanol were used. The physicochemical properties of Ln₂MOF₃ such as adsorption capacity, structure, functional groups, surface areas, morphologies, thermal stability and luminescent properties were analyzed using UV-Vis spectroscopy, DRX, FTIR, N₂ adsorption, SEM, TGA and photoluminescence spectroscopy. The CE retention processes were performed at concentrations of 100 ppm of each proposed drug (ibuprofen, naproxen, sulfamethoxazole and ciprofloxacin) with 0.2 g of Ln₂MOF₃. In addition, all the aforementioned physicochemical properties were compared after the adsorption of the CEs in order to determine the changes caused by the drugs in the Ln₂MOF₃. The amount of adsorbed CE of each of the MOFs was: 38.5, 19.2, 35.0 and 36.4 % for IBU, 34.6, 31.3, 43.2 and 50.2%, for NAP, 13.4, 17.8, 11.2 and 27.5% in the case of SMX and 32.6, 22.4, 27.2 and 30.8% for CIP and 30.8% in the MOFs: Sm₂BDC3, Eu₂BDC3, Tb₂BDC3, and Dy₂BDC3 respectively. The results of the BDC-NH₂ group showed values for NAP of 16.1, 16.3, 16.1 and 5.8%, the SMX adsorptions 26.4, 26.3, 26.4 and 13.5% and the CIP results were 20.8, 20.9, 20.7 and 4.2% for Sm₂(BDC-NH₂)₃, Eu₂(BDC-NH₂)₃, Tb₂(BDC-NH₂)₃ and Dy₂(BDC-NH₂)₃. The influence of the functional groups on the adsorption capacity and the dependence of the ionic radius of the lanthanides in these processes was determined by means of the techniques already mentioned above when analyzing the post-adsorption samples. Additionally, a chemical equilibrium study was performed where equilibrium constants were determined with the models: Freundlich, Langmuir, Temkin and Dubinin-Radushkevich for the CE adsorbed in the BDC MOF.