Desinfección de agua de composición química diversa a base de clinoptilolita-Ag (Ag+/Ago)

Abstract

El objetivo general de este trabajo fue evaluar la desinfección de agua destilada con microorganismos suspendidos y de pozo artesanal empleando clinoptilolita-Ag (Ag+ o Ag°) en términos de eficiencia de inhibición de E. coli ATCC 8739 y coliformes (considerados como microorganismos indicadores de contaminación fecal). Así como investigar los mecanismos de desorción de Ag al medio acuoso a partir de la estructura cristalina zeolítica. En esta investigación se profundizó en los métodos de síntesis para la obtención de nanopartículas de Ag (NpsAg) soportadas en zeolita y cómo ello afecta las propiedades microbicidas de los agentes desinfectantes obtenidos. Para la modificación de las zeolitas naturales con Ag se utilizaron las siguientes variables: i) exposición a la luz vs. oscuridad (efecto de fotorreducción); ii) intercambio iónico a temperatura ambiente (17°C) vs. reflujo y calentamiento constante (91°C); iii) tipo de reductor empleado (rayos gamma 60Co vs. NaBH4); y iv) concentración de Ag (0.01, 0.1 y 0.3 M AgNO3). Considerado los parámetros anteriores, se acondicionó un lote 1. Posteriormente, tomando en cuenta las mejores condiciones experimentales para la síntesis de NpsAg se acondicionó un lote 2. Para el acondicionamiento del lote 2 se seleccionó un reflujo y calentamiento constante a 91°C, irradiación gamma con 60Co, NaBH4 y una concentración de 0.1 M AgNO3. Todos los materiales zeolíticos se caracterizaron por microscopia de barrido (MEB) y espectroscopia de energía dispersiva de rayos-X (EDS), microscopía electrónica de transmisión (MET), difracción de rayos-X (DRX), espectroscopia UV-Visible, área superficial específica por la técnica de BET multipuntos y análisis por activación neutrónica (AAN). Posteriormente a la caracterización, se evaluó la inhibición de células Universidad Autónoma del Estado de México ‒ Doctorado en Ciencias del Agua II bacterianas en sistema de batch y flujo continuo tanto en agua destilada como en agua de pozo. En los experimentos en sistema de batch en agua destilada, se encontró que las muestras zeolíticas acondicionadas con AgNO3 a 17°C llevan a cabo la desorción rápida de la especie metálica, en comparación con las muestras tratadas con reflujo a 91°C. También se observó, que la constante de decaimiento celular y la velocidad de desorción de Ag son mayores en las zeolitas con Ag iónica, seguida de las muestras irradiadas con 60Co. Y finalmente, los materiales zeolíticos con Ag reducida químicamente (NaBH4), llevan a cabo la mortandad bacteriana en tiempos prolongados, debido a las bajas constantes de liberación de Ag. Es decir la irradiación con 60Co promueve la reducción de la Ag+ a Ago, en las muestras zeolíticas acondicionadas con AgNO3. Sin embargo, el NaBH4 es más efectivo en la reducción de Ago que la irradiación gamma. También se analizó la cinética de desorción de Ag desde la matriz cristalina de la zeolita. Los datos experimentales se ajustaron a los modelos de Higuchi y Korsmeyer-Peppas, ya que tienen en cuenta fenómenos de difusión. Por lo que se propone, que la Ag es liberada mediante un fenómeno de difusión que sigue la Ley de Fick, y se lleva a cabo a través de los poros o canales que constituyen la estructura de la zeolita. Bajo las condiciones experimentales utilizadas se encontró que la desorción de Ag es directamente proporcional a la inhibición de células microbianas. La desorción de Ag depende de: i) las características fisicoquímicas del agua y ii) de la especie química de Ag. En sistema en flujo continuo en agua destilada hay un menor volumen de agua desinfectado (de 90 mL para la zeolita con Ag+ y 120 mL con la zeolita que contiene Ago por irradiación gamma), que en agua de pozo (de 150 mL, tanto con la zeolita con Ag+ como con la zeolita que contiene Ago por irradiación gamma). Esta respuesta está estrechamente relacionada a la desorción de Ag en el medio acuoso. La desorción de Ag en agua destilada es menor que en agua de pozo. Universidad Autónoma del Estado de México ‒ Doctorado en Ciencias del Agua III En cuanto a la zeolita que contiene Ago obtenida por reducción con NaBH4, no se aprecia la curva de ruptura y por lo tanto, no se observó la desinfección de un determinado volumen de agua, tanto destilada como de pozo. Esto se debe a que el material zeolítico está conformado en su mayoría por Ag°, debido al acondicionamiento con NaBH4. La Ag° tiene menor movilidad en medio acuoso, por lo que hay una menor desorción de Ag0.