Síntesis y caracterización de materiales grafénicos para la retención se sustancias orgánicas polares. Estudio comparativo de las capacidades de remoción de cafeína en medios acuosos.

MARISCAL, MARIEL SOFÍA; ONAGA MEDINA, FLORENCIA MICAELA; PAROLO, MARÍA EUGENIA

Río Cuarto

Encuentro; XXI Encuentros de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

Universidad Nacional de Río Cuarto e Institutos de doble dependencia CONICET-UNRC (IITEMA, IDAS, INBIAS)

La cafeína (CF) se encuentra entre los diez contaminantes emergentes (CEs) de mayor distribución en el ambiente debido a su gran nivel de consumo como estimulante en bebidas, medicamentos y su bajo porcentaje de eliminación en plantas de tratamiento de aguas residuales. En los últimos años se han desarrollado y evaluado adsorbentes para estas sustancias que presentan diferentes propiedades foisicoquímicas. Los nanomateriales de carbono exhiben una gran capacidad de remoción de CEs debido a su alta porosidad, área superficial específica y funcionalidades químicas superficiales. En el presente trabajo se propone comparar la eficiencia de remoción de CF de matrices acuosas utilizando como adsorbente grafito (Gr), óxido de grafeno (GO) obtenido por oxidación y exfoliación de Gr mediante método de Tour [1]; y óxido de grafeno reducido (rGO) obtenido mediante reducción química de GO empleando ácido ascórbico [2]. La oxidación y reducción pudieron evidenciarse experimentalmente por medio de varias técnicas de caracterización. Mediante espectroscopía IR se detectaron grupos funcionales oxigenados presentes en el GO: -OH; C=O; C=C; C-OH y C-O. Estos grupos no se encontraron en material de partida (Gr). Sin embargo, en el rGO se observan bandas de absorción de menor intensidad, lo que permite corroborar la reducción del GO. Los análisis termogravimétricos (TGA) llevados a cabo demostraron que la termorresistencia de estos materiales disminuye en la medida que aumenta el contenido de grupos oxigenados en las estructuras. De este modo, el TGA del Gr no presentó pérdida de masa durante el calentamiento (25-1100oC) en atmósfera de N2, mientras que el GO perdió prácticamente el 85% de su masa a 180oC en iguales condiciones, y el rGO presentó una pérdida de masa gradual, eliminándose en este proceso un total de 50,93% de su masa a 1100oC.Los diagramas de XRD confirmaron estructuras muy distintas. Se observó que el Gr presentó la reflexión característica a 26,6o (d002=0,34nm) observándose un pico de alta intensidad. Tras el proceso de oxidación para obtener GO pudo observarse en el diagrama un pico de baja intensidad a 9,26o que pone de manifiesto la separación y perdida del ordenamiento de las láminas de Gr en el proceso de oxidación. Por su parte, luego de la reducción se obtuvo una nueva reflexión en 23o que corresponde a un material amorfo, con una distancia media basal que pareciera coincidir con la del grafito, lo cual podría atribuirse a la pérdida de grupos oxigenados de las láminas de carbono. Los potenciales Z de los tres sólidos presentaron valores negativos en todo el intervalo de pH analizado (2-10). El GO presentó un potencial aproximadamente constante (~-30mV) para todos los pH, lo cual representa otra evidencia de que el material se encuentra oxidado. Por último, se evaluó la adsorción de CF en estos sólidos a pH 5 en medio acuoso. Los resultados obtenidos mostraron que el rGO presentó mayor porcentaje de remoción para cafeína (80% rGO, 15% GO y 8% Gr con dosajes de 500 mgL-1) debido a su estructura y menor carácter hidrofílico respecto de los otros materiales carbonosos. Los materiales obtenidos en este estudio podrían ser apropiados para retener diferentes sustancias de acuerdo a su polaridad y estructura.