Cálculos DFT y estudios ATR-FTIR de la adsorción de fostato sobre gibbsita

CARINA V.LUENGO; RICARDO M. FERULLO; NORBERTO J. CASTELLANI

Rosario

Encuentro; V Encuentro de Física y Química de Superficies; 2011

UNR

La presencia de contaminantes químicos en el agua superficial y subterránea es un problema en crecimiento, que impacta negativamente la disponibilidad y potabilidad de las fuentes de agua fresca. A través de reacciones de adsorción y desorción, los minerales, principalmente los óxidos, pueden regular la concentración de los contaminantes en medios acuosos, controlando así la biodisponibilidad y movilidad de los mismos. El fosfato no es tóxico, pero es el principal responsable del proceso de eutrofización de cuerpos de agua dulce. La gibbsita (Al2O3.3H2O) es un óxido de aluminio con gran área superficial y es un importante adsorbente de elementos en sistemas de aguas subterráneas y superficiales. Las frecuencias vibracionales activas en el IR son una excelente herramienta para determinar las estructuras del anión adsorbido sobre las superficies. El objetivo de este trabajo es estudiar la interacción entre la superficie de gibbsita y el fosfato, haciendo énfasis en la caracterización de las especies adsorbidas a nivel molecular y en la estabilidad de las mismas a través del uso de técnicas teóricas y experimentales. Se estudió la estructura de los complejos superficiales de fosfato sobre gibbsita. Los cálculos se realizaron utilizando el método del funcional de la densidad (DFT). Se optimizaron las geometrías de los aniones fosfato, del cluster de gibbsita [Al6(OH)18(H2O)6] y de los sistemas fosfato-gibbsita en estado libre. Con esas geometrías obtenidas se calcularon las energías para cada sistema incluyendo el efecto del solvente. Se obtuvieron las frecuencias vibracionales teóricas. Se calcularon los cambios de energías para las distintas reacciones superficiales en condiciones de pH ácido y básico. Se optimizaron cuatro tipos de complejos superficiales en ambas condiciones de pH: monodentado mononuclear, monodentado binuclear, bidentado mononuclear y bidentado binuclear. En paralelo, se obtuvieron los espectros ATR-FTIR de fosfato adsorbido sobre un film de gibbsita, tanto a pH ácido como básico.