Remediación ambiental: que puede decir la física de la sorción de metales en Na-montmorillonita

V. DÍAS DE ROSA; A. GIL REBAZA; L. MONTES; R. BASTIDAS BRINCEÑO; L. A. ERRICO; R. ALONSO; M. TAYLOR

Santa Fe

Conferencia; 104 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

Asociacion Fisica Argentina, UNR

La descarga de contaminantes al medio ambiente es un problema directamente relacionado con la vida moderna. Industrias como la metalurgica, petroquimica, electronica, de pintura y pigmentos, junto con otras actividades humanas, son una fuente muy importante de metales pesados en los efluentes. En particular, el cesio, el cobalto y el estroncio son metales pesados que pueden liberarse al medio ambiente durante operaciones normales o en caso de accidentes en reactores nucleares o por algunas industrias convencionales. Su alta toxicidad y, en caso de reactores su caracter radioactivo, hace que sea esencial eliminarlos de los efluentes contaminados. Entre las tecnologias de remediacion se encuentran las basadas en la sorcion de contaminantes por parte de diversos materiales. Entre los materiales absorbentes mejor calicados por sus caractersticas y costos se encuentran los minerales arcillosos, como la montmorillonita (MMT) [2]. La MMT posee una estructura en capas del tipo 2:1 (capas formadas por dos tetraedros de Si y un octaedro de Al) que puede alojar en su intercapa cationes hidratados, M-nH2O (M = Na, Ca, Fe, etc.) con diferente estado de carga. El presente trabajo resume los resultados preliminares de un estudio que combina un enfoque teorico-experimental de sorcion de Sr y Cs en Na-MMT, Na0;41[(MgAl3O8(OH) 4 (Si8O12)]2, n(H2O). Para la determinacion de la sorcion de Sr y Cs, los experimentos se llevaron a cabo en condiciones batch (V = 25 ml, concentracion de ambos metales 100 mgnL, pH = 6, SnL = 5 gnL). La fase solida, separada por centrifugacion,fue analizada utilizando difraccion de rayos X (Cu-K) para determinar la posicion del pico de reflexion d001 (muestras semiorientadas de difractogramas parciales). La absorcion de los metales se cuantifico por la diferencia entre la concentracion inicial y la de equilibrio, utilizando la tecnica ICP- masas. El modelado de los procesos de sorcion se realizo dentro del marco de la Teoria de la Funcional Densidad. Para los calculos de primeros principios se utilizo el metodo de pseudopotenciales y ondas planas. (Codigo Quantum Espresso [3]). Eltermino de correlacion-intercambio se ha descrito con GGA-PBE [4], considerando tambien interacciones tipo van der Waals (rVV10). El favorecimiento de la absorcion de Sr y Cs fue evaluado, considerando las energias de formacioon a traves de calculos de energias totales. La estructura de partida fue la fase pristina de la Na?MMT, explorandose los casos de absorcioon de Sr o Cs coordinados con diferentes conguraciones de nH2O (n = 4, 6, 8, 10). En unaprimera etapa se optimizaron las posiciones atomicas y los parametros de red, para luego calcular y comparar el espaciamiento interplanar d001 con los valores experimentales obtenidos, encontrandose un buen acuerdo. De los estudios realizados para el caso del Sr y Cs junto con otros previos para el Co en MMT [5], nos es posible predecir el favorecimiento de la sorcion de Co sobre el Sr o Cs. Complementariamente, se han determinado el gradiente de campo electrico y los parametros de Resonancia Magnetica Nuclear (RMN) en los atomos que forman la MMT sustituida por Sr y Cs utilizando el metodo GIPAW [6]. [1]. J. Hofmann, R. Leicht, H.J. Wingender, J. Worner, Natural radionuclide concentrationsin materials processed in the chemical industry and the related radiological impact, EuropeanCommision; Nuclear Safety and the Environment Report EUR 19264, (2000). [2]. S.S.Gupta, K.G. Bhattacharyya, Adsorption of heavy metals on kaolinite and montmorillonite: areview, Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (2012) 6698. [3]. C.J. Pickard, F. Mauri, All-electronmagnetic response with pseudopotentials: NMR chemical shifts, Phys. Rev. B 63 (2001) 245101. [4]- J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. ?Generalized Gradient ApproximationMade Simple?. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). [5]. A.V. Gil Rebaza, M.L Montes, M.A.Taylor, L.A. Errico, R.E. Alonso, Experimental and theoretical study of Co sorption in claymontmorillonites, Mater. Res. Express 5 (2018) 035519. [6]. P. Giannozzi, et al., Advanced capabilities for materials modelling with Quantum-ESPRESSO, J. Phys.: Condens. Matter.29 (2017) 462901.