Adsorción de acetaminofén sobre carbones activados a diferente pH. Entalpía y entropía del proceso

Acetaminophen adsorption on activated carbons at different pH. Change of enthalpy and entropy of the process

Se analizaron los cambios entálpicos y entrópicos derivados del proceso de adsorción de acetaminofén sobre carbones activados con química superficial modificada. Se realizó, además, una variación del pH para determinar los cambios en las propiedades termodinámicas cuando existen cargas en el adsorbato y en el adsorbente. Se encontró que la máxima capacidad de adsorción (1,172 mmoles g ^-1) corresponde al proceso llevado a cabo en el carbón activado denominado CAR en este estudio a pH 7; los valores de las funciones termodinámicas de entalpía de inmersión y entropía de adsorción fueron -36,02 J g^-1 y 0,123 J g^-1 K^-1, respectivamente. Así, el cambio de entropía de adsorción para el acetaminofén en los carbones activados estudiados dependió del pH. Se encontró que esta función termodinámica varía en el siguiente orden pH 2 > pH 11 > pH 7. Este comportamiento se relaciona con el número de especies presentes en la solución capaces de interactuar con la superficie del carbón activado.

Introducción

La contaminación de fuentes hídricas con compuestos farmacéuticos dan como resultado efectos toxicológicos en los seres humanos, animales y plantas. El acetaminofén, analgésico y antipirético ampliamente usado por la población, se considera uno de los contaminantes emergentes con mayor relevancia, debido a su potencial impacto sobre el desarrollo embrionario y reproductivo de peces y otras especies acuáticas (1).

La adsorción sobre carbón activado es una de las técnicas más usadas a nivel mundial para remover contaminantes orgánicos e inorgánicos de efluentes. Este método permite eliminar hasta el 90% de contaminantes farmacéuticos, sin embargo, la eficiencia del proceso dependerá de las propiedades fisicoquímicas del adsorbente y el adsorbato (2). El proceso de adsorción consta de dos etapas: el paso del adsorbato a través de la red porosa y las interacciones entre el adsorbato y los grupos funcionales presentes en la superficie del adsorbente. Este último paso constituye un factor relevante teniendo en cuenta que algunos compuestos farmacéuticos presentan restricciones difusivas debido a su tamaño molecular (3).

Terzyk et al. (4) afirman que compuestos aromáticos como el acetaminofén presentan tres mecanismos mediante los cuales se lleva a cabo la adsorción en carbón activado desde fase acuosa: interacciones por dispersión de electrones π, formación de puentes de hidrógeno y formación de complejos donor-aceptor de electrones. Sin embargo, los cambios de composición y pH determinan qué mecanismo es prevalente según las condiciones del sistema.