Remoción de diclofenaco y paracetamol por procesos de oxidación avanzada

Abstract

Los fármacos son compuestos orgánicos diseñados para generar un efecto biológico en bajas concentraciones, de acuerdo con sus propiedades químicas, son polares y altamente solubles por lo que los sistemas de tratamiento convencionales han resultado poco eficientes para su remoción del agua; por ello han sido encontrados en efluentes finales de plantas de tratamiento, lixiviados, sedimentos, suelos, lagos, ríos y en agua subterránea. Estos compuestos y sus subproductos no están normados ni en aguas residuales ni en agua potable. Dentro de los fármacos más utilizados a nivel mundial se encuentran el paracetamol (ACT) y el diclofenaco (DCF). El paracetamol es un antipirético con un valor de pKa de 9.5, mientras que el diclofenaco es un antiinflamatorio con valor de pKa de 3.8. En el presente trabajo de investigación se ha llevado a cabo la modificación electroquímica y fotoelectroquímica de TiO2 mediante un diseño factorial 23 en donde las variables que se analizaron fueron: presencia o ausencia de luz UV, tiempo de tratamiento e intensidad de corriente. De acuerdo con los resultados, se obtuvieron 24 materiales modificados los cuales se caracterizaron mediante IR y absorción atómica, dichos materiales se probaron con soluciones acuosas de diclofenaco (DCF) a diferentes concentraciones iniciales (20, 40, 60, 80 y 100 mg/L) y bajo diferentes valores de pH (4, 5, 7 y 9) empleando un colector solar. Tras 8 h de contacto, se encontró que los materiales TiFeZ-7, TiCuZ.2 y TiFeCuZ-7 mostraron los mejores porcentajes remoción de diclofenaco (97%) para todas las concentraciones iniciales a pH de 4. Además se analizaron los ciclos de regeneración, donde se demostró que existe afinidad entre los materiales modificados de Cu y el ión amonio, el cual fue comprobado mediante los resultados de IR. Por otro lado, los materiales con Fe presentaron afinidad con las moléculas de DCF para formar complejos, disminuyendo la eficiencia para los ciclos posteriores Se aplicaron los procesos Galvano-Fenton (GF) y Galvano-Fenton Solar (SGF), para el tratamiento de soluciones acuosas de ACT, aplicando un diseño cribado (DSD) desarrollado en el programa Statgraphics Centurion XVI.II, las variables analizadas fueron: pH (3 y 5), concentración inicial de ACT (25 y 60 mg / L), presencia o ausencia de radiación solar y dosis de H2O2 (0.9 y 2.5 mM). Para el sistema GF, las eficiencias máximas de remoción fueron 64.47% de COT y 49.83% de ACT, el proceso de SGF disminuyó un 79.38% de COT y 100% de ACT. Las condiciones de operación óptimas en ambos sistemas fueron a ACT de 60 mg/L, 2.5 mM de H2O2 y pH 5. En la electrooxidación de ACT utilizado los sistemas DDB-Cu y DDB-Fe, las condiciones de operación óptimas fueron determinadas con base en los resultados obtenidos por UV-Vis: 1.0 A, configuración electródica DDB-Fe y presencia de luz UV, se obtuvo una degradación total (100 %) en tiempos de reacción entre 5-15 minutos a diferentes concentraciones de ACT. La oxidación anódica con DDB fue eficiente para su degradación, siendo más rápida y eficiente en presencia de luz UV (de 2.67 x 10-2 a 3.66 x 10-2 min-1). Además, la mineralización del paracetamol aumentó al incrementar la concentración inicial. Se mineralizó 98% de DCF aplicando 0.5 A, luz UV y Na2SO4 como electrolito soporte. Mientras que a 1.0 A, sin luz UV y NaCl, el porcentaje de mineralización fue de 97.8%.