Informe de Laboratorio 3: Degradación fotocatalítica del Antibiótico Levofloxacino

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Si miramos los valores de las últimas tres columnas de la tabla I podemos ver que los valores de (∆lnC/∆t) son básicamente constante. Esto quiere decir que el orden de reacción es de primer orden. Se pudo comprobar graficando ln C en función de tiempo.

[pic 3]

Figura 3. Regresión lineal de concentración de levofloxacino como función de tiempo de degradación

[pic 4]

Figura 4. Regresión lineal de ln C como función de tiempo de degradación

[pic 5]

Figura 5. Regresión lineal del inverso de la concentración como función de tiempo de degradación

Se puede observar que en la gráfica de ln C en función de t se ajusta mejor a una recta con un R2=0.996. Con esa grafica se puede obtener la constante de velocidad de reacción, la cual es la pendiente de la recta.

Tabla II. Datos cinéticos de la fotodegradación

Orden de reacción

1

Constante de velocidad (min-1)

1.65x10-2

Velocidad instantánea (ppm/min)

1.57x10-1

t1/2 (min)

42.01

Cálculos:

Concentración de levofloxacino

, donde m es la pendiente de la curva de calibración, C es la concentración de levofloxacino y b el intercepto en el eje y.[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

El mismo cálculo se utilizó para obtener las demás concentraciones.

Velocidad instantánea

, donde k es la contante de velocidad de reacción, [C]0 es la concentración inicial de levofloxacino y a es el orden parcial de reacción.[pic 9]

[pic 10]

Tiempo de vida media

[pic 11]

Discusión de resultados:

Muestreo de levofloxacino

El antibiótico levofloxacino fue muestreado en el UV-VIS en solución acuosa. Se preparó una solución de alta concentración para saber el rango de absorción del antibiótico. El rango de absorción estuvo entre los 270 y 310 nm. El muestreo de la degradación del levofloxacino se llevó acabo con una recta de calibración como referencia. La recta de calibración fue preparada con soluciones diluidas del antibiótico a 2, 4, 6, 8, 10 y 12 ppm, en donde se representó el valor de absorbancia vs concentración. Esto dando resultando en la ecuación de regresión de mínimos cuadrados de R2=0.9998.

Se preparó una solución madre en un matraz de 1 L con una concentración de 12 ppm y se midió 200 mL en una probeta para echarlos en un matraz erlenmeyer. Lo ideal fuese que se preparara una solución que estuviera en el punto medio de concentración en la curva de calibración. Como se está estudiando la degradación de una concentración tan baja no reflejaría muchos datos. Esta solución se colocó debajo de un manto negro a lo que se pesaba 0.1500 g del catalizador de óxido de titanio y se medía 0.150 mL de peróxido para añadírselo a la solución. A tiempo cero se comienzan los muestreos donde se mezclan todos los componentes, se tomó una alícuota y se filtró para obtener un espectro de la muestra. Se estuvo muestreando por 1 hora y 45 minutos adquiriendo alícuotas para muestrear cada 15 min. Dado a este muestreo se obtuvo los espectros de la degradación mostrada en la figura 1.

Estudio cinético de la foto degradación catalítica

La constante de velocidad aparenta ser de primer orden en el parámetro estudiado de la foto degradación catalítica del antibiótico. La tabla I muestra los datos de concentración obtenidos por la ecuación de la curva de calibración y las absorbancias de los espectros de degradación. Luego de varias conversiones se hicieron diferentes gráficos para los valores de concentración, logaritmo natural de la concentración y el inverso de la concentración los tres como función de tiempo de degradación. Dando valores en el coeficiente de correlación de cuadrados mínimos de 0.9670, 0.9960 y 0.8846 respectivamente. Esto nos dice que la gráfica que mejor se ajusta a una recta fue la de logaritmo natural de la concentración frente al tiempo ya que se obtuvo una correlación lineal de 0.9960 dando como resultado el orden de reacción, que en este caso es de primer orden, y la constante de velocidad de reacción (k). El valor de la constante de velocidad de reacción fue obtenida de la ecuación de la recta mostrada en la figura 4. El valor de k es la pendiente de dicha recta, la cual obtuvo un valor de 1.65x10-2 min-1.

Efecto del catalizador

El foto catalizador más utilizado es el dióxido de titanio (P-25), debido a que es una sustancia no tóxica, insoluble, abundante, barata y muy selectiva en su espectro de absorción (prácticamente no absorbe en el visible y sí en el ultravioleta). El efecto del óxido de titanio fue aumentar la rapidez de reacción para que se pudiera llevar a cabo la foto degradación catalítica. Estos catalizadores se caracterizan porque son fáciles de extraer de las muestras y no cambian la composición de los compuestos a estudiar. Proveen un camino más fácil para la reacción, disminuyendo la energía de activación de la misma.

Efecto del peróxido

La fotocatálisis heterogénea utilizando Dióxido de Titanio como catalizador consiste básicamente en la producción de radicales hidroxilos OH- por medio de la activación de un catalizador, por acción de la luz UV. Esencialmente ocurre una promoción de electrones de la banda de valencia a la de conducción, lo que a su vez forma un hueco positivo en dicha banda de valencia, y estos interactúan con iones hidróxido y agua para formar el radical libre ·OH. Los electrones en la banda de conducción interactúan con el oxígeno molecular para formar el radical superóxido (-O2) y Peróxido de Hidrógeno (H2O2) que a su vez generan