ESTUDIO DE LA EFECTIVIDAD DE MEMBRANAS NANOESTRUCTURADAS PARA LA ADSORCIÓN DE ARSÉNICO

YOHAI, LUCIA; ABSUSALAM UHEIDA; PELLICE, SERGIO ANTONIO

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales; 2022

Sociedad Argentina de Materiales

La presencia de arsénico (As) en aguas subterráneas constituye una importante amenaza para la salud humana en muchas regiones del mundo. Su presencia en el medio ambiente proviene, principalmente, de fuentes naturales y, en menor medida, como consecuencia de actividades humanas. El arsénico existe en sus formas inorgánicas y orgánicas. Las especies inorgánicas como ácido arsenioso (H3AsO3), arseniato (H3AsO4) y especies desprotonadas como H2AsO4- y HAsO42-, se presentan en la mayoría de las aguas naturales y suelen ser extremadamente tóxicas. Los compuestos orgánicos de arsénico son menos perjudiciales para la salud. A nivel mundial, millones de personas están en riesgo de padecer los efectos adversos de la exposición al As. En la última década, la reducción de la concentración máxima sugerida de arsénico en agua potable (10 ug L-1), según las normativas de la Organización Mundial de la Salud (OMS), ha exigido el desarrollo de nuevas tecnologías eficientes y asequibles para reducir el contenido de arsénico del agua. El proceso físico de adsorción ha sido y es el mayormente utilizado para reducir el contenido de contaminantes en solución debido a su facilidad de implementación y eficiencia. Para la remoción de As, varios tipos de absorbentes han sido utilizados. Los materiales basados en compuestos de hierro, se utilizan frecuentemente como adsorbentes en el tratamiento del agua contaminada con arsénico debido a la alta afinidad del hierro por las especies inorgánicas de arsénico, lo que le confiere una alta selectividad. La descontaminación de aguas utilizando nanopartículas como adsorbentes es una temática en desarrollo y de gran interés debido a sus propiedades como estabilidad térmica y mecánica, gran área superficial y reactividad química. Sin embargo, siguen existiendo inconvenientes que dificultan su implementación. Por ejemplo, pocos adsorbentes pueden producirse a un costo relativamente bajo, otros requieren mucho tiempo para alcanzar el equilibrio y/o no son adecuados para la adsorción de trazas de arsénico. En el caso de las nanopartículas, suelen ser difíciles de separar del agua al final del proceso debido a su tamaño y/o presentan una tendencia a aglomerarse, lo que disminuye la eficacia de adsorción. En particular, las nanopartículas de sílice mesoporosa pueden alcanzar áreas grandes superficiales lo que le permite tener un potencial de depuración elevado. El uso de nanofibras electrohiladas como material de soporte para inmovilizar nanopartículas es una técnica novedosa y una estrategia prometedora para superar los inconvenientes que tiene el uso de nanopartículas y para maximizar y explotar su eficiencia. En este sentido, se estudió la eficiencia de un material compuesto para la adsorción de As(V). Para ello, se sintetizaron nanopartículas de sílice mesoporosa modificadas superficialmente, soportadas sobre nanofibras de poliacrilonitrilo. Para la modificación superficial de las nanopartículas se utilizaron dos precursores del polímero polietilenimina (PEI), de diferente peso molecular (600 y 10000 g mol-1). En la figura 1, se muestra una imagen TEM de las nanopartículas modificadas con PEI (10000 g mol-1). Se evidencia una estructura ordenada y porosa, característica de nanopartículas del tipo MCM-41. Mediante un paso posterior de síntesis, las nanopartículas se adhirieron a la superficie de las nanofibras y fueron tratadas con Fe(III), obteniéndose las membranas compuestas, identificadas como M6 y M100, respectivamente. La concentración inicial de As(V) utilizada para los ensayos fue 4 mg L-1 a pH 8. Esta concentración supera ampliamente el valor promedio hallado en las aguas subterráneas de los distintos países afectados y el pH es representativo de las mismas. Los ensayos de adsorción se llevaron a cabo en modo batch, bajo agitación orbital. Las técnicas de caracterización utilizadas fueron espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), potencial zeta, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Para cuantificar la concentración de As(V) se utilizó espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Las cinéticas de adsorción mostraron claras diferencias en la capacidad de adsorción de las membranas en función del tamaño del precursor utilizado. Luego de 90 minutos de contacto, M6 alcanzó un 35% de eficiencia para la remoción de As(V) mientras que M100 alcanzó un 94,7%. Para M100, el modelo de Langmuir describió la isoterma de equilibrio de adsorción, lo que sugiere la formación de una superficie saturada por una monocapa de As(V). Para los estudios de regeneración de la membrana se utilizó NaOH (0,1 y 0,5 mol L-1). Los resultados muestran que una mayor cantidad de ligandos amino sobre la superficie, permite incrementar la carga de Fe(III), lo que determina una mayor eficiencia en la adsorción de As(V) en el material.