- Remediación ambiental, que puede decir la física de la sorción de metales en Na-montmorillonita

V. L. DIAZ DE ROSA; A. V. GIL REBAZA.; M. L. MONTES; R. BASTIDAS BRICEÑO; L. A. ERRICO; R. E. ALONSO; M. A. TAYLOR

Santa Fe

Congreso; 104a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

La descarga de contaminantes al medio ambiente es un problema directamente relacionado con la vida moderna. Industrias como la metalúrgica, petroquímica, electrónica, de pintura y pigmentos, junto con otras actividades humanas, son una fuente muy importante de metales pesados en los efluentes. En particular, el cesio, el cobalto y el estroncio son metales pesados que pueden liberarse al medio ambiente durante operaciones normales o en caso de accidentes en reactores nucleares o por algunas industrias convencionales. Su alta toxicidad y, en caso de reactores su carácter radioactivo, hace que sea esencial eliminarlos de los efluentes contaminados. Entre las tecnologías de remediación se encuentran las basadas en la sorción de contaminantes por parte de diversos materiales. Entre los materiales absorbentes mejor calificados por sus características y costos se encuentran los minerales arcillosos, como la montmorillonita (MMT) [2]. La MMT posee una estructura en capas del tipo 2: 1 (capas formadas por dos tetraedros de Si y un octaedro de Al) que puede alojar en su intercapa cationes hidratados, M-nH2O (M = Na, Ca, Fe, etc.) con diferente estado de carga. El presente trabajo resume los resultados preliminares de un estudio que combina un enfoque teórico-experimental de sorción de Sr y Cs en Na-MMT, Na0;41[(MgAl3 O8(OH) 4 (Si8O12)]2,n(H2O). Para la determinación de la sorción de Sr y Cs, los experimentos se llevaron a cabo en condiciones batch (V = 25 ml, concentración de ambos metales 100 mgnL, pH = 6, SnL = 5 gnL). La fase solida, separada por centrifugación, fue analizada utilizando difracción de rayos X (Cu-Kalfa) para determinar la posición del pico de reflexión d001 (muestras semiorientadas de difractogramas parciales). La absorción de los metales se cuantificó por la diferencia entre la concentración inicial y la de equilibrio, utilizando la técnica ICP- masas. El modelado de los procesos de sorción se realizó dentro del marco de la Teoría de la Funcional Densidad. Para los cálculos de primeros principios se utilizó el método de pseudopotenciales y ondas planas. (Código Quantum Espresso [3]). El término de correlación-intercambio se ha descrito con GGA-PBE [4], considerando también interacciones tipo van der Waals (rVV10). El favorecimiento de la absorción de Sr y Cs fue evaluado, considerando las energías de formación através de cálculos de energias totales. La estructura de partida fue la fase pristina de la Na?MMT, explorándose los casos de absorción de Sr o Cs coordinados con diferentes configuraciones de nH2O (n = 4, 6, 8, 10). En una primera etapa se optimizaron las posiciones atómicas y los parámetros de red, para luego calcular y comparar el espaciamiento interplanar d001 con los valores experimentales obtenidos, encontrándose un buen acuerdo. De los estudios realizados para el caso del Sr y Cs junto con otros previos para el Co en MMT [5], nos es posiblepredecir el favorecimiento de la sorción de Co sobre el Sr o Cs. Complementariamente, se han determinado el gradiente de campo eléctrico y los parámetros de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) en los átomos que formanla MMT sustituida por Sr y Cs utilizando el método GIPAW [6].Referencias[1]. J. Hofmann, R. Leicht, H.J. Wingender, J. Worner, Natural radionuclide concentrations in materials processed in the chemical industry andthe related radiological impact, European Commision; Nuclear Safety and the Environment Report EUR 19264, (2000).[2]. S.S. Gupta, K.G. Bhattacharyya, Adsorption of heavy metals on kaolinite and montmorillonite: a review, Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (2012) 6698. [3]. C.J. Pickard, F. Mauri, All-electron magnetic responsewith pseudopotentials: NMR chemical shifts, Phys. Rev. B 63 (2001) 245101. [4]- J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. ?Generalized Gradient Approximation Made Simple?. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).[5]. A.V. Gil Rebaza, M.L Montes, M.A. Taylor, L.A. Errico, R.E. Alonso, Experimental and theoretical study of Co sorption in clay montmorillonites, Mater. Res. Express 5 (2018) 035519. [6]. P. Giannozzi, et al., Advanced capabilities for materials modelling with Quantum-ESPRESSO, J. Phys.: Condens. Matter. 29 (2017) 462901.