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Abstract : Acetaminophen is one of the main drugs used as antipyretic and analgesic . This drug has become an emerging contaminant and possible toxic compound to the body at high concentrations . One of the most important technologies for the removal of this contaminant is the adsorption on activated carbon . Furthermore , modification of the surface with various compounds such as magnetic ferrites has been studied . The results of acetaminophen adsorption on the surface on composites of activated carbon ( AC ) and ferrites : magnetite and manganese-zinc ferrite ( Fe 3
O 4 and Mn 0 . 4
Zn 0 . 6
Fe 2
O 4 respectively ) are presented . Adsorption isotherms at different pH and different temperatures were performed in order to determine the possible application of the material . The materials were characterized by vibrating sample magnetometry ( VSM ), scanning electron microscopy ( SEM ) and potentiometric titrations . Finally , the composite with higher adsorption capacity was the CA / Fe 3
O 4 at pH 3 and a temperature of 25 ° C .
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Keywords : Acetaminophen , activated carbon , adsorption , magnetic ferrites .
Introducción
El acetaminofén o paracetamol es un ingrediente activo en cientos de medicamentos de venta sin receta . Entre sus principales aplicaciones son las de aliviar el dolor y la fiebre y , cuando se combina con otros ingredientes , se puede encontrar en medicamentos para tratar alergias , tos , resfriados , gripe e insomnio , Administración de Alimentos y Medicamentos ( FDA por sus siglas en Inglés , 2015 ). Es relevante destacar que este medicamento puede causar daño hepático grave si la dosis es mayor a la indicada , Organización Mundial de la Salud ( OMS , 2012 ), por lo que la FDA ha tomado medidas para mejorar la seguridad de los pacientes a la hora de usar este fármaco ( FDA , 2015 ).
Diversos estudios han señalado al acetaminofén como un contaminante emergente en dosis de hasta 271.3 µ g / L ( Pal , Gin , Lin y Reinhard , 2010 ), causando daños hepáticos severos en invertebrados . Por lo anterior , diversas tecnologías se han utilizado para la remoción de estos contaminantes , como puede ser el uso de bioreactores de membrana ( Shariati , Mehrnia , Salmasi , Heran , Wisniewski y Sarrafzadeh , 2010 ), procesos enzimáticos ( Lu y Mao , 2009 ), reacciones foto-Fenton ( De Luna , Veciana , Su y Lu , 2012 ), procesos electroquímicos ( Feng , van Hullebusch , Rodrigo , Esposito y Oturan , 2013 ) y adsorción en carbón activado ( Rybolt , Burrel , Shults y Kelley , 1988 ; Mestre , Pires , Nogueira , Parra , Carvalho y Ania 2011 ).
La adsorción es un fenómeno superficial , y se entiende como una operación de transferencia de masa en la cual las sustancias presentes en la fase líquida son adsorbidas o acumuladas en la fase sólida , y por lo tanto removidas de la fase líquida ( Crittenden , 2005 ). Diversos adsorbentes se han utilizado en el uso de esta técnica , tales como alúmina activada , zeolitas y carbón activado ( Kuznetsov Filippov , Kuznetsov , Gerlivanov , Dobrinsky y Malashin , 1999 ).
El carbón activado es una forma cruda de grafito con una estructura amorfa , altamente porosa , con una amplia gama de tamaños de poros , de grietas y hendiduras visibles hasta de dimensiones moleculares ( Hamerlinck , Mertens y Vansant , 1994 ). Este adsorbente es producido por la carbonización , empleando una calcinación lenta de un sustrato precursor en ausencia de aire por debajo de 600 º C , esto elimina los compuestos volátiles ( Hamerlinck , Mertens y Vansant . 1994 ).
Además , en investigaciones recientes , se ha utilizado el carbón activado como una superficie de anclaje de las ferritas para optimizar sus propiedades . Shao , Ren . Zhang y Chen ( 2012 ) lograron sintetizar directamente sobre la superficie del carbón activado , una ferrita de manganeso . En trabajos anteriores , Taylor , Krupskaya , Kramer , Fussel , Klingeleker , Buchner y Wirth ( 2012 ) lograron introducir partículas de ferritas en carbón activado y además , estos materiales obtenidos , lo aplicaron para técnicas de hipertermia . Ai , Huang , Chen , Wei y Jiang ( 2010 ) determinaron que era posible la formación de ferritas de cobalto sobre el carbón activado mediante la coprecipitación de nitratos de hierro y cobalto . Ramanujan , Purushotham y Chia ( 2007 ) probaron la formación de un compósito de carbón activado con ferritas , mediante un método simple : la mecanosíntesis .
El objetivo de este trabajo de investigación fue la obtención de compósitos de carbón activado con dos ferritas distintas : magnetita y ferrita de manganeso-zinc . Posteriormente , se probaron estos materiales en la adsorción de paracetamol para aplicaciones medioambientales y biomédicas , variando el pH y la temperatura .
Metodología
Síntesis de la magnetita
Para la síntesis de esta ferrita , se mezclaron FeCl 3 * 6H 2
O y Fe-
Cl 2
* 4H 2
O ( 2:1 ) en 50 mL de agua desionizada . Por otro lado , se colocaron 150 mL de agua desionizada en un matraz bola de 500 mL y se calentó a 70 º C , en agitación constante . Una vez que se alcanzó la temperatura , se agregaron 50 mL de hidróxido de amonio concentrado , con el fin de propiciar un medio básico en la solución , y se dejó en agitación y calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 70 º C . Posteriormente , se agregó gota a gota la mezcla de cloruros de hierro a la solución y se dejó en agitación constante durante media hora .
Una vez transcurrido el tiempo , el precipitado obtenido se lavó con 2 L de agua desionizada con el fin de eliminar el exceso de cloruros , dejándose secar a temperatura ambiente durante tres días . Finalmente , el producto obtenido se lavó con 1 L de agua y 250 mL de etanol y se dejó secar a temperatura ambiente .
Síntesis de la ferrita de manganeso-zinc
Conforme a lo reportado en la literatura por Zhang , Zhong , Yu , Liu . y Zeng ( 2009 ), se procedió a realizar la síntesis de la ferrita de manganeso y zinc . En un matraz bola de 500 mL se colocaron hidróxido de amonio y una solución de bicarbonato de amonio , en una relación de 1.2 mL de bicarbonato de amonio por cada mililitro de hidróxido de amonio , a una temperatura de 50 º C , con agitación constante . Por otro lado , se preparó una solución que contenía los iones metálicos Fe + 2 , Zn + 2 y Mn + 2 , correspondientes a los sulfatos de estos metales . Esta solución se agregó gota a gota al matraz bola y se dejó en agitación constante durante una hora .
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