Estudios termoanalíticos y cinéticos para la estabilidad térmica de contaminantes farmacéuticos emergentes bajo diferentes tasas de calentamiento
Autores: Enyoh, Christian Ebere; Maduka, Tochukwu Oluwatosin; Suzuki, Miho; Lu, Senlin; Wang, Qingyue
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estudios termoanalíticos y cinéticos para la estabilidad térmica de contaminantes farmacéuticos emergentes bajo diferentes tasas de calentamiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Contaminantes farmacéuticos
Ciprofloxacino
Ibuprofeno
Estabilidad térmica
Cinética de degradación
Estrategias de eliminación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Los contaminantes farmacéuticos emergentes como la ciprofloxacina (CIP) y el ibuprofeno (IBU) se detectan con frecuencia en entornos acuáticos, lo que plantea riesgos para los ecosistemas y la salud humana. Dado que los contaminantes rara vez existen solos en el medio ambiente, comprender la estabilidad térmica y la cinética de degradación de estos compuestos, especialmente en mezclas, es crucial para desarrollar estrategias de eliminación efectivas. Este estudio investiga, por lo tanto, la estabilidad térmica y la cinética de degradación de CIP e IBU, bajo diferentes tasas de calentamiento. Se emplearon análisis termogravimétrico (TGA) y análisis térmico diferencial (DTA) para examinar el comportamiento térmico de estos compuestos individualmente y en mezcla (CIP + IBU) a tasas de calentamiento de 10, 20 y 30 gradosC/min. La cinética de degradación térmica se analizó utilizando tanto métodos de ajuste de modelos (Coats-Redfern (CR)) como métodos libres de modelos (Kissinger-Akahira-Sunose (KAS), Flynn-Wall-Ozawa (FWO) y Friedman (FR)). Los resultados mostraron patrones de degradación distintos, con CIP descomponiéndose entre 280 y 550 gradosC e IBU entre 152 y 350 gradosC, mientras que la mezcla exhibió una descomposición multietapa en el rango de 157-500 gradosC. El modelo CR indicó que la cinética de primer orden se ajusta mejor a la degradación (excepto para IBU). Además, CIP presenta una mayor estabilidad térmica y energía de activación en comparación con IBU, con el modelo KAS arrojando energías de activación de 58.09 kJ/mol para CIP, 11.37 kJ/mol para IBU y 41.09 kJ/mol para la mezcla CIP + IBU. La mezcla CIP + IBU mostró generalmente propiedades térmicas intermedias, sugiriendo interacciones sinérgicas y antagónicas entre los compuestos. Se calcularon parámetros termodinámicos (grados, grados, grados), revelando procesos no espontáneos y endotérmicos para todas las muestras (excepto en el método FWO) con una disminución en el desorden molecular y valores positivos de grados en todos los modelos y tasas de calentamiento. El estudio encontró que tasas de calentamiento más altas conducen a condiciones menos favorables desde el punto de vista termodinámico para la degradación. Estos hallazgos proporcionan información importante sobre el comportamiento térmico de estos contaminantes farmacéuticos, lo que puede informar estrategias para su eliminación del medio ambiente y el desarrollo de procesos de tratamiento de residuos más efectivos.
Descripción
Los contaminantes farmacéuticos emergentes como la ciprofloxacina (CIP) y el ibuprofeno (IBU) se detectan con frecuencia en entornos acuáticos, lo que plantea riesgos para los ecosistemas y la salud humana. Dado que los contaminantes rara vez existen solos en el medio ambiente, comprender la estabilidad térmica y la cinética de degradación de estos compuestos, especialmente en mezclas, es crucial para desarrollar estrategias de eliminación efectivas. Este estudio investiga, por lo tanto, la estabilidad térmica y la cinética de degradación de CIP e IBU, bajo diferentes tasas de calentamiento. Se emplearon análisis termogravimétrico (TGA) y análisis térmico diferencial (DTA) para examinar el comportamiento térmico de estos compuestos individualmente y en mezcla (CIP + IBU) a tasas de calentamiento de 10, 20 y 30 gradosC/min. La cinética de degradación térmica se analizó utilizando tanto métodos de ajuste de modelos (Coats-Redfern (CR)) como métodos libres de modelos (Kissinger-Akahira-Sunose (KAS), Flynn-Wall-Ozawa (FWO) y Friedman (FR)). Los resultados mostraron patrones de degradación distintos, con CIP descomponiéndose entre 280 y 550 gradosC e IBU entre 152 y 350 gradosC, mientras que la mezcla exhibió una descomposición multietapa en el rango de 157-500 gradosC. El modelo CR indicó que la cinética de primer orden se ajusta mejor a la degradación (excepto para IBU). Además, CIP presenta una mayor estabilidad térmica y energía de activación en comparación con IBU, con el modelo KAS arrojando energías de activación de 58.09 kJ/mol para CIP, 11.37 kJ/mol para IBU y 41.09 kJ/mol para la mezcla CIP + IBU. La mezcla CIP + IBU mostró generalmente propiedades térmicas intermedias, sugiriendo interacciones sinérgicas y antagónicas entre los compuestos. Se calcularon parámetros termodinámicos (grados, grados, grados), revelando procesos no espontáneos y endotérmicos para todas las muestras (excepto en el método FWO) con una disminución en el desorden molecular y valores positivos de grados en todos los modelos y tasas de calentamiento. El estudio encontró que tasas de calentamiento más altas conducen a condiciones menos favorables desde el punto de vista termodinámico para la degradación. Estos hallazgos proporcionan información importante sobre el comportamiento térmico de estos contaminantes farmacéuticos, lo que puede informar estrategias para su eliminación del medio ambiente y el desarrollo de procesos de tratamiento de residuos más efectivos.