Uso de ácidos fúlvicos de vermicompost en la Síntesis de materiales magnéticos con aplicaciones ambientales

ARCE, V.B.; MUCCI, C.R.; FERNÁNDEZ SOLARTE, A.; TORRES SÁNCHEZ, R.M.; MÁRTIRE, D.O.

Bahía Blanca

Congreso; XXIV Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo; 2014

INTRODUCCIÓN Las sustancias húmicas (SH) son los principales constituyentes orgánicos de materia orgánica disuelta y, por tanto, desempeñan un papel importante en el destino y transporte de las partículas coloidales. Las SH naturales se consideran una mezcla heterogénea de compuestos químicos, que parecen exhibir patrones estructurales recurrentes que dependen de su génesis. La composición elemental de los ácidos húmicos (AH) y ácidos fúlvicos (AF) de varios orígenes son similares, a pesar de que las funcionalidades puedan variar mucho entre ellas. Los ácidos fúlvicos (AF) son la fracción más soluble y una fracción importante de la materia orgánica natural en el medio ambiente. , Las nanopartículas a base de hierro tienen propiedades únicas que permiten una amplia gama de aplicaciones. El uso de este tipo de nanomateriales para los procesos de remediación ambiental ha recibido recientemente considerable atención. Se han utilizado nanopartículas de Fe3O4 como adsorbentes para eliminar de águas: iones metálicos y colorantes orgánicos, entre otros contaminantes. Las nanopartículas de magnetita son susceptibles a la oxidación por aire y tienen facilidad para agregarse en suspensiones acuosas. Por lo tanto, la estabilización de las mismas es de importancia para su aplicación posterior. Investigaciones recientes indican que los ácidos húmicos (AH) tienen alta afinidad por las nanopartículas de Fe3O4 mejorando la estabilidad de las suspensiones por disminución de su agregación. Empleadose nanopartículas de Fe3O4 recubiertas con AH para la eliminación de iones pesados de agua.9 En este trabajo se realizó la extracción de AF a partir de vermicompost y se sintetizaron por primera vez nanopartículas magnéticas recubiertas con ácidos fúlvicos (NPAF). Recientemente nuestro grupo ha investigado el mecanismo de reducción de HgCl2 a Hg2Cl2 mediada por el radical anión dióxido de carbono (CO2.-) generado a partir de la fotólisis de quinonas y de ácidos fúlvicos . Las NPAF serán utilizadas para continuar con los estudios de foto-reducción de Hg(II) y adsorción de contaminantes. La ventaja de estos nanomateriales es la capacidad de su remoción en aguas por su propiedad magnética. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron FeCl2.4H2O (Merk), NaN3 (Biopack), NaOH, HCl y FeCl3.3H2O (J.T.Baker). En todos los experimentos se empleó agua desionizada Millipore (> 18 MΩ cm, < 20 ppb de carbono orgánico).Se realizó la extracción de ácidos fúlvicos a partir de vermicompost mediante el procedimiento propuesto por Yang.10 El extracto obtenido se llevó a sequedad en un evaporador rotativo, el sólido obtenido se secó en estufa a 60ºC. La síntesis de las nanopartículas magnéticas se realizó siguiendo el procedimiento realizado por Carlos et al. Para la síntesis de las NPAF se disolvieron 6,1706 g de FeCl3.3H2O y 3,0185 g de FeCl2.4H2O en agua y se calentó a 90ºC, luego se agregaron consecutivamente 10 mL de hidróxido de amonio (25%) y 50 mL de solución de AF (1.0% w/v). La mezcla se calentó a 90ºC por 30 minutos, luego se enfrió a temperatura ambiente. Las nanopartículas fueron separadas por filtración mediante filtros de HPLC, fueron lavadas con agua y secadas en estufa a 60ºC. Los AF y las NPAF se caracterizaron por diferentes métodos: espectroscopia UV-vis, potencial Zeta, Analisis Termico Diferencial y termogravimétrico (ATD -TG), determinación de la superficie específica (BET), dispersión dinámica de luz (DLS). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Figura 1 se muestran las curvas ATD-TG para las NPAF. La curva termogravimétrica exhibe una pérdida constante de masa desde temperatura ambiente hasta 800ºC. La curva ATD muestra, por debajo de los 200°C un pico endotérmico ancho acompañado por una significativa pérdida de masa, que corresponde a la desorción de agua fisisorbida en la muestra. El pico exotérmico a 430°C es atribuído a la decarboxilación y descomposición del ácido fúlvico presente en la superficie de la nanopartícula. Este pico indica la formación de complejos Fe-AF, ya que la descomposición de los núcleos del ácido fúlvico sin enlaces metálicos se registra a una mayor temperatura (aproximadamente 450°C)14. Finalmente, el pico exotérmico a 630°C asignado a una posible transición de fase magnetita-hematita o a una posible reducción de Fe3O4 a FeO.15, Figura 1: Curvas ATD(negro)- TG (azul) Figura 2: Variación del potencial zeta para obtenidas para NPAF NPAF (negro) y AF (rojo) en KCl 0,01 M. La curva de potencial zeta (ζ) en función del pH (Figura 2) muestra que el pH de carga cero (pHPZC) de las NPAF es aproximadamente 5,7. Este resultado está de acuerdo con la disminución de pHPZC debido a la cobertura con material orgánico, ya que para las partículas desnudas (NP) se indica un valor de pHPZC =6,7. Para el AF se observa que la curva de potencial zeta es negativa en el rango de pH estudiado, esto es debido a la deprotonación de los grupos carboxílicos y fenólicos presentes en los mismos. Se realizaron los espectros UV-vis de una solución de AF y de una suspensión de NPAF en agua. Las diferencias observadas confirman la unión de los AF a las nanopartículas. Se observó una disminución significativa en la absorbancia a longitudes de onda inferiores a 350 nm para las dispersiones de nanopartículas. Se estudió el diámetro aparente de las nanopartículas por DLS. Los ensayos se realizaron con suspensiones de NPAF 1mg/mL, en agua (pH=4,44) y en KCl 10-2 M (pH=4,68), encontrándose un diámetro aparente de (206,6 ± 1,9) nm y (1062,4 ± 70,6) nm, respectivamente. Se puede observar que la fuerza iónica influye en la aglomeración de las partículas. Estos diámetros aparentes se asignan a la deformación de agregados de partículas, ya que condiciones similares de síntesis empleando ácidos húmicos dieron lugar a la formación de partículas de magnetita recubiertas con diámetros del orden de 7 nm.13 La determinación del área superficial específica por BET para las nanopartículas recubiertas con ácidos fúlvicos, indicó un valor de 83,7 ± 0,5 m2g-1 CONCLUSIÓN Los resultados muestran la formación de nuevos materiales que constan de nanopartículas de magnetita recubiertas con ácidos fúlvicos. La síntesis de este tipo de materiales aún no ha sido reportada en la literatura. La ventaja del empleo de utilizar los ácidos fúlvicos y no húmicos para el recubrimiento de la magnetita radica en su mayor porcentaje de grupos carboxílicos que pueden quedar disponibles para la adsorción de iones metálicos y otros contaminantes orgánicos. Por otro lado, dado que los ácidos fúlvicos fueron empleados exitosamente en la foto-reducción de HgCl2 a Hg2Cl2, se espera que las NPAF puedan emplearse con el mismo fin, pudiendo separarlas de medio mediante un campo magnético. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado por los subsidios PICT 2008 # 00686 de ANPCyT (Argentina). D.O.M. y V.B.A. son investigadores de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC).