Estudio teórico-experimental de la remoción de Cu en efluentes acuosos mediante nanopartículas de TiO2

MATÍAS H. SOSA LISSARRAGUE; BRUNO BOTELLI; VERÓNICA LASSALLE; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Bahía Blanca

Encuentro; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2023

INQUISUR (UNS-CONICET)

La presencia de metales pesados como Ni, Pb, Cd, V, Cry Cu en aguas residuales y de consumo constituye un grave problema ambiental.Este tipo de contaminantes no es biodegradable y su efecto nocivo esacumulativo [1]. Recientemente, distintos nanomateriales semiconductoresbasados en óxidos metálicos, como las nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs),han generado interés debido a su alta eficiencia en la remoción de diferentescontaminantes mediante el mecanismo de degradación fotocatalítica. Un casoparticular es su uso para eliminación de metales pesados de efluentes acuososinduciendo su reducción mediante la absorción de luz de longitud de ondaadecuada o bien su adsorción superficial [2].En este trabajo se estudió mediante métodos tantoexperimentales como teóricos el proceso de remoción de Cu en muestras de aguas modeloempleando nanomateriales basados en TiO2 anatasa. En primer lugar seanalizó la adsorción de Cu sobre las superficies (001) y (101) de anatasamediante modelos periódicos optimizados a través de métodos del funcional de ladensidad (DFT), considerando distintos sitios de adsorción sobre cada superficie.Los cálculos realizados parecen indicar que el Cu se adsorbe preferentementesobre la superficie (001) en el sitio bridgeformado por dos átomos de oxígeno dicoordinados (O2C), con unaenergía de adsorción Eads= -2,12 eV. En cambio, la posición preferencial para elCu sobre la superficie (101) resultó el sitio bridge entre dos átomos de oxígeno tricoordinados (O3C),con Eads = -2,66 eV. Seanalizaron otros posibles sitios sobre esta superficie, resultando tambiénfavorables los sitios bridge entre átomosO2C y O3C (Eads= -2,08 eV) y entre distintos átomos O2C (Eads = -2,11 eV). Otrasconfiguraciones presentaron geometrías finales similares a los sitios másestables ya mencionados.Una vez comprobada mediante el modelado teórico lacapacidad adsorbente de este material hacia el Cu, se sintetizaron las TiO2-NPsa partir del precursor isopropóxido de titanio (TTIP) en medio básico medianteel método ultrasónico, a una potencia de 50 W durante 30 min en baño de hielopara mantener la temperatura en 27°C. La caracterización se llevó a cabo con técnicascomo potencial Z, dispersión de luz dinámica, difracción de rayos X, espectroscopíainfrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica. Posteriormentese realizaron ensayos de adsorción de Cu en batchque involucran el contacto de las TiO2-NPs en una solución modelo deconcentración conocida de Cu. Se extrajeron alícuotas a intervalos de tiempoespecíficos a lo largo de 6 horas, tiempo en que se prolongó el ensayo. Laconcentración de Cu en cada alícuota se determinó mediante espectroscopía deemisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES). Se obtuvieron datosrelacionados con el perfil de adsorción de las NPs en las condiciones establecidas,así como la eficiencia (%) de eliminación de Cu por parte del material, queresultó ser del orden del 50% respecto de la concentración inicial del metal. Seoptimizaron distintas variables que influyen en la eficiencia de remoción decontaminantes del TiO2 nanoparticulado, como la concentración inicialdel adsorbato, el tiempo de contacto, y la relación en masaadsorbente/adsorbato, entre otras [3]. Los resultados obtenidos a nivel tantoteórico como experimental sugieren que este nanomaterial posee una elevadacapacidad de interacción hacia el Cu, por lo que podría aplicarse exitosamente pararemover este contaminante en efluentes acuosos, incluso a bajas concentraciones.