Síntesis y caracterización de nanocompuestos magnéticos hidroxiapatita-biomasa

VERÓNICA NATALIA SCHEVERIN; MARÍA FERNANDA HORST; VERÓNICA LASSALLE

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Materiales - SAM - CONAMET 2022; 2022

La contaminación natural por presenciade arsénico y fluoruros de aguas subterráneas destinadas para consumo es unproblema de salud pública que afecta a numerosos países alrededor del mundo.Existen varias metodologías para la remoción de estos contaminantes, sinembargo, la aplicación en campo de estas tecnologías está fuertemente determinadapor factores económicos [1]. En este sentido, los procesos de adsorción surgencomo una alternativa con un buen compromiso entre el costo y la eficiencia [2].La hidroxiapatita (Ca10PO6(OH)2, HAp), uno delos principales minerales bio-inorgánicos, es considerada un material idealpara el tratamiento de aguas debido a su alta capacidad de adsorción, estabilidady baja solubilidad en aguas [3]. Se han empleado diferentes metodologías parasintetizar nanopartículas de HAp, incluyendo procesos de coprecipitación,sol-gel e hidrotermales, entre otros. Sin embargo, estas nanopartículas tiendena aglomerarse fácilmente [3], lo que conlleva a una disminución de lasuperficie expuesta y, por lo tanto, a un detrimento de su capacidad de adsorción.En relación a esto, se ha reportado que la formación de materiales compuestos porbiomasa y nanopartículas de minerales inorgánicos mejora la dispersión de lasmismas [3]. Por otro lado, si bien la HAp posee una elevada capacidad deadsorción de fluoruros, la remoción de arsénico es limitada [4]. En estesentido, la incorporación de óxidos de hierro a la matriz podría resultar enuna mejora significativa de la capacidad de remoción del metaloide. En elpresente trabajo se sintetizó y caracterizó un material compuesto por nanopartículasde HAp, residuos de biomasa (C) y nanopartículas de magnetita (M), con elpropósito de obtener un material apto para la remoción simultánea de arsénico yfluoruros de aguas subterráneas. La síntesis del nanocompuesto magnéticohidroxiapatita-biomasa (HAp-CM) se realizó mediante el método hidrotermal(Figura 1), empleando una relación nominal HAp:C:M de 4:1:1 m/m. Dicho métodoimplica la preparación previa de dos dispersiones: HAp-C y M. Para lapreparación de HAp-C, una cantidad apropiada de biomasa se puso en contacto conuna solución de Ca(NO3)2 y se la sometió ultrasonidodurante 1 h; luego se le añadió NH4H2PO4 y seajustó el pH a 12 con NaOH. Para la dispersión M, se preparó un volumenadecuado de una solución férrica/ferrosa (relación molar 2/1) a la cual seañadió NaOH para obtener magnetita a escala nanométrica.  Finalmente, las dispersiones HAp-C y M semezclaron y se trasfirieron a un reactor hidrotermal durante 4 h a 160ºC. El análisis TGA permitió estimar la composicióny reveló que HAp-CM contiene un 78% de componente inorgánica (magnetita ehidroxiapatita), lo cual se encuentra en concordancia con las proporcionesnominales utilizadas para su síntesis. Así mismo, el perfil termogravimétrico mostrólas tres etapas de pérdida de peso típicas de las matrices lignocelulósicas,asociadas a la presencia de la biomasa en el nanocompuesto. El análisis de difracciónde rayos X confirmó la presencia de los patrones cristalinos correspondientes ala hidroxiapatita y la magnetita como fases principales; sin embargo, sedetectaron picos asociados a la presencia de maghemita y la hematita. Losespectros FTIR mostraron que la interacción entre la hidroxiapatita y labiomasa se daría a través de interacciones que comprometen a los gruposcarbonilos (C=O y COO-), mientras que la incorporación de lamagnetita al nanocompuesto se daría a través de interacciones del tipoFe-O-HAp. El análisis morfológico se realizó mediante microscopía electrónica. Lasmicrografías SEM mostraron que la magnetita se deposita sobre el compuestoHAp-C; mientras que las micrografías TEM evidenciaron la presencia de otrasfases de óxido de hierro además de la magnetita, en concordancia con loobservado en el análisis DRX.