Estudio de la movilidad de nanopartículas de hierro cerovalente estabilizadas en columnas rellenas con medio poroso

JULIETA CRESPI; IGNACIO CALZONI; A.M. GOLUBICKAS; NATALIA QUICI; MARTA I. LITTER

Taller; Primer Workshop en la Universidad Nacional de General Sarmiento, Fenómenos de Transporte y Procesos Fuera del Equilibrio; 2018

Las nanopartículas de hierro cerovalente (nZVI) son materiales apropiados para transformar contaminantes en medios acuosos. Su acción es por adsorción en su superficie o a través de reacciones rédox que llevan a los contaminantes a especies en solución menos tóxicas o más fácilmente eliminables. En tratamientos in situ de aguas subsuperficiales, las nanopartículas (NPs) se inyectan en el suelo como suspensiones formando nanofluidos (NFs). Dado que las NPs tienden a aglomerarse rápidamente en agregados discretos del orden de micrones o en largas cadenas debido a fuerzas de Van der Waals y magnéticas, la inyección puede ser dificultosa o ineficiente. Una alternativa para inhibir la agregación de las NPs y mejorar su estabilidad y transporte es su modificación empleando un revestimiento polielectrolítico.En este trabajo, se estudió la estabilización de dos nZVI comerciales, NANOFER 25 (N25) y NANOFER STAR (NSTAR), modificándolos con carboximetilcelulosa (CMC) y goma xántica (GX). Se prepararon NFs suspendiendo las NPs ([Fe(total)] = 1 g L-1) en agua en presencia de CMC (10 g L-1) o GX (5 g L-1). En primer lugar, se comparó la velocidad de sedimentación de los NFs con la de las suspensiones de las NPs en ausencia de los estabilizantes, mediante la observación de fotografías tomadas a tiempos periódicos. Se encontró que ambos polielectrolitos estabilizaron exitosamente las NPs, siendo los NFs con GX los más estables (más de 10 días sin sedimentación visible vs. 20 h para los NFs con CMC).Para evaluar la movilidad de los NFs, se emplearon columnas de vidrio de 1 cm de diámetro y 25 cm de largo rellenas con arena. En cada experimento, el NF se mantuvo constantemente bajo agitación mecánica vertical y se lo hizo ingresar a la columna empleando una bomba peristáltica. A la salida de la columna, se colectaron fracciones de 20 mL, a las que se les determinó pH, conductividad y turbidez, esta última, como medida de la concentración de nanopartículas (ya que la turbidez es directamente proporcional a la concentración de NPs en suspensión). Se observó baja movilidad para ambas NPs libres, quedando retenidas en la columna, mientras que los NFs estabilizados dieron altas concentraciones de NPs a la salida de la columna. La movilidad fue mejor con GX que con CMC: 80% vs. 66% de la concentración de entrada para los materiales de N25, 90% vs. 70% para los de NSTAR, respectivamente. Luego de los experimentos, las columnas se lavaron con agua y se estudió la elución del material, que fue completa en los casos de los NFs estabilizados, y casi nula en los de las NPs libres.Adicionalmente, se evaluó la reactividad de los NFs en experimentos de remoción de Cr(VI) en batch. Los experimentos se realizaron empleando soluciones 300 µM de Cr(VI) y el pH inicial se ajustó a 3. En todos los casos, se obtuvieron remociones mayores al 35% en 30 minutos de experimento. Se concluye que ambos polielectrolitos estabilizaron exitosamente las dos NPs comerciales probadas, encontrándose, en todos los casos, una mejora importante en la movilidad, siendo mejor el resultado cuando se empleó GX.