Evaluar la capacidad de remoción de cafeína en matrices carbonáceas funcionalizadas en sistemas mono y multicomponentes (BATCH)

Abstract

En Chile, los efluentes generados a partir de plantas de tratamiento de aguas servidas son descargados en ríos y diversos cuerpos de agua dulce, el cual presenta contaminantes en concentraciones traza, que no son removidos con la tecnología que posee el tratamiento de agua actual, denominados contaminantes emergentes. Los contaminantes emergentes causan daños en la flora y fauna, y minimizan la capacidad de reúso del agua tratada. De los que demandan mayor atención corresponden a los fármacos, donde destaca la cafeína, identificada en altas concentraciones, en un rango entre 3,4 -13.150 ng/L. Esto se debe a que es un compuesto altamente consumido y presente en muchos productos de consumo diario. Con la finalidad de remover fármacos del agua residual, se propone un proceso de adsorción utilizando carbón activado funcionalizado como adsorbente, considerando, además, la biodegradación de ellos a partir de una enzima llamada Lacasa. Se realizaron 3 experimentos, con el objetivo de obtener la capacidad de remoción del carbón activado cuando la cafeína se encuentra en sistemas mono y multicomponente, mediante estudios de equilibrio y cinéticos. Además, para el sistema multicomponente donde se pone en contacto la cafeína con ibuprofeno, naproxeno, paracetamol y carbamazepina, se evaluó la interacción molecular entre los fármacos y la competitividad por los sitios activos disponibles del carbón activado con y sin enzima Lacasa inmovilizada. El modelo que mejor se ajustó a los datos experimentales de ambos sistemas multicomponentes, con carbón activado funcionalizado y carbón activado funcionalizado con enzima Lacasa ocupando un 20% de sitios activos, fue el de Langmuir-Freundlich con un R2 de 0,85 y 0,74 respectivamente, lo cual indica que los 5 fármacos competirán por la misma cantidad de espacios disponibles, siendo más adsorbidos la carbamazepina, el naproxeno y el paracetamol por las características hidrófobas que poseen y su tamaño molecular, mientras que a la cafeína es absorbida correctamente pero se le dificulta más debido a su estructura polar. Además, se obtuvo que luego de las 72 h de operación, los 3 sistemas llegaron al equilibrio, sin embargo, la enzima Lacasa degradó moléculas a las 360 h de operación. Fármacos como la cafeína, carbamazepina y naproxeno fueron degradados eficientemente por la enzima(...).