ESTUDIO TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE LA REMOCIÓN DE Cu EN EFLUENTES ACUOSOS MEDIANTE NANOPARTÍCULAS DE TiO2

MATIAS SOSA LISARRAGA; BRUNO BOTELLI; LASSALLE, VERONICA L.; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Encuentro; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2023

La presencia de metales pesados como Ni, Pb, Cd, V, Cr y Cu en aguas residuales y de consumo constituyeun grave problema ambiental. Este tipo de contaminantes no es biodegradable y su efecto nocivo es acumulativo[1]. Recientemente, distintos nanomateriales semiconductores basados en óxidos metálicos, comolas nanopartículas de óxido de titanio (TiO2-NPs), han generado interés debido a su alta eficiencia en laremoción de diferentes contaminantes mediante el mecanismo de degradación fotocatalítica. Un casoparticular es su uso para eliminación de metales pesados de efluentes acuosos induciendo su reducciónmediante la absorción de luz de longitud de onda adecuada o bien su adsorción superficial [2].En este trabajo se estudió mediante métodos tanto experimentales como teóricos el proceso de remoción deCu en muestras de aguas modelo empleando nanomateriales basados en TiO2 anatasa. En primer lugar, seanalizó la adsorción de Cu sobre las superficies (001) y (101) de anatasa mediante modelos periódicosoptimizados a través de métodos del funcional de la densidad (DFT), considerando distintos sitios deadsorción sobre cada superficie. Los cálculos realizados parecen indicar que el Cu se adsorbe preferentementesobre la superficie (001) en el sitio bridge formado por dos átomos de oxígeno dicoordinados(O2C), con una energía de adsorción Eads = 2,12 eV. En cambio, la posición preferencial para el Cu sobrela superficie (101) resultó el sitio bridge entre dos átomos de oxígeno tricoordinados (O3C), con Eads =2,66 eV. Se analizaron otros posibles sitios sobre esta superficie, resultando también favorables los sitiosbridge entre átomos O2C y O3C (Eads = 2,08 eV) y entre distintos átomos O2C (Eads = 2,11 eV). Otrasconfiguraciones presentaron geometrías finales similares a los sitios más estables ya mencionados.Una vez comprobada mediante el modelado teórico la capacidad adsorbente de este material hacia el Cu,se sintetizaron las TiO2-NPs a 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 hielo para mantener la temperaturaen 27 °C. La caracterización se llevó a cabo con técnicas como potencial Z, dispersión de luz dinámica,difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y microscopíaelectrónica. Posteriormente se realizaron ensayos de adsorción de Cu en batch que involucran el contactode las TiO2-NPs en una solución modelo de concentración conocida de Cu. Se extrajeron alícuotas a intervalosde tiempo específicos a lo largo de 6 horas, tiempo en que se prolongó el ensayo. La concentraciónde Cu en cada alícuota se determinó mediante espectroscopía de emisión atómica con plasma deacoplamiento inductivo (ICP-OES). Se obtuvieron datos relacionados con el perfil de adsorción de las NPsen 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. Se optimizaron distintasvariables que influyen en la eficiencia de remoción de contaminantes del TiO2 nanoparticulado, como laconcentración inicial del adsorbato, el tiempo de contacto, y la relación en masa adsorbente/adsorbato, entreotras [3]. Los resultados obtenidos a nivel tanto teórico como experimental sugieren que este nanomaterialposee una elevada capacidad de interacción hacia el Cu, por lo que podría aplicarse exitosamente pararemover este contaminante en efluentes acuosos, incluso a bajas concentraciones.