Aplicación de montmorillonita sódica como absorbente para la remoción de metronidazol disuelto en agua

Abstract

"La contaminación de los cuerpos de agua por contaminantes emergentes como el metronidazol, un antibiótico y antiparasitario de venta libre, representa un grave problema ambiental debido a su persistencia y potencial riesgo para la salud y el medio ambiente; lo que pone de manifiesto la necesidad de estudiar y proponer materiales y técnicas para removerlo eficientemente del agua. Debido a lo anterior, en este trabajo se evaluó la capacidad de montmorillonita sódica, una arcilla abundante en México, como material adsorbente para la remoción de metronidazol en solución acuosa. Se llevó a cabo la exfoliación de la arcilla por dos técnicas de ultrasonido, obteniendo un mayor rendimiento de material con la técnica por baño ultrasónico. Se compararon las características fisicoquímicas de arcilla exfoliada y sin exfoliar observando que para ambas arcillas prevalece una carga negativa a diferentes valores de pH, incrementado su valor negativo a pH 2. Por fisisorción se demostró que la montmorillonita sin tratar tiene el triple de área superficial que la exfoliada. Posteriormente, se contrastó el desempeño de la montmorillonita en su estado natural con el exfoliado para remover metronidazol, obteniendo valores de capacidad de absorción de 21.9 ± 7.5% y de 8.2 ± 1.4% para la arcilla sin tratamiento frente a la arcilla exfoliada después de 24 h de exposición respectivamente, bajo las condiciones experimentales establecidas. Mediante pruebas de absorción-desorción, y tomando en cuenta los cambios de carga a pH 2 y 10, se determinó que el mecanismo de absorción que se lleva a cabo entre la montmorillonita y el metronidazol es mediante fuerzas electrostáticas; demostrando además la viabilidad de reutilizar la arcilla a través de ciclos consecutivos de absorción y desorción. Finalmente, con el propósito de dar una disposición final y segura al contaminante removido, el metronidazol concentrado se sometió a un proceso de degradación mediante la reacción foto-Fenton solar. Este tratamiento permitió obtener un efluente sin actividad antibacteriana y libre de nuevos subproductos detectables por espectroscopía UV-Vis; lo que sugiere su baja toxicidad para el medio ambiente y el ser humano. Con esta investigación se desarrolló un proceso integral y sustentable que combina la retención eficiente, la regeneración del material y la fotodegradación del fármaco contaminante."

"The contamination of water bodies by emerging pollutants such as metronidazole, an over-the-counter antibiotic and antiparasitic drug, poses a serious environmental problem due to its persistence and potential risks to human health and the environment; this highlights the need to study and propose materials and techniques for its efficient removal from water. Consequently, this study evaluated the capacity of sodium montmorillonite, a clay abundant in Mexico, as an adsorbent material for the removal of metronidazole from aqueous solution. The clay was exfoliated using two ultrasound techniques, with the ultrasonic bath technique yielding a higher material yield. The physicochemical characteristics of exfoliated and unexfoliated clay were compared, revealing that a negative charge prevails in both clays at different pH levels, with the negative value increasing at pH 2. Physisorption analysis demonstrated that untreated montmorillonite has three times the surface area of the exfoliated clay. Subsequently, the performance of montmorillonite in its natural state was compared with that of exfoliated montmorillonite for the removal of metronidazole, yielding absorption capacity values of 21.9 ± 7.5% and 8.2 ± 1.4% for untreated clay versus exfoliated clay, respectively, after 24 h of exposure under the established experimental conditions Through adsorption-desorption tests, and taking into account changes in charge at pH 2 and 10, it was determined that the adsorption mechanism between montmorillonite and metronidazole occurs via electrostatic forces; this also demonstrated the feasibility of reusing the clay through consecutive cycles of adsorption and desorption. Finally, to ensure safe and final disposal of the removed contaminant, the concentrated metronidazole underwent a degradation process via the solar photoFenton reaction. This treatment yielded an effluent with no antibacterial activity and free of new byproducts detectable by UV-Vis spectroscopy, suggesting low toxicity to the environment and humans. This research led to the development of a comprehensive and sustainable process that combines efficient retention, material regeneration, and photodegradation of the contaminating drug."