Preparación de membranas de óxido de grafeno para su aplicación en el tratamiento de aguas

• Autores: Raúl Pla
• Directores de la Tesis: Noelia Alonso Morales (dir. tes.), Miguel Angel Gilarranz Redondo (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2026
• Idioma: español
• Número de páginas: 311
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
      • Eliminación de residuos
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  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • El óxido de grafeno (GO) es un nanomaterial de carbono con estructura laminar y abundantes grupos oxigenados, lo que le confiere propiedades ideales para aplicaciones como la filtración de aguas. Su versatilidad radica en que tanto el método de obtención del GO como las condiciones de formación de las membranas afectan directamente su comportamiento en procesos de filtración, influyendo en parámetros como la permeabilidad y el rechazo de contaminantes. Esta tesis doctoral se centra en el estudio integral de membranas de GO sobre soportes de nylon, evaluando distintas metodologías de síntesis del GO, condiciones de formación por filtración a vacío y tratamientos posteriores, como la reducción o la intercalación de aminas, para modificar sus propiedades. El objetivo principal es comprender cómo estos factores afectan la eficacia de las membranas en la eliminación de contaminantes orgánicos, incluyendo contaminantes de preocupación emergente (CECs) como fármacos y sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), tanto en aguas desionizadas como en matrices complejas con sales y materia orgánica. En el Capítulo III, se analiza cómo la cantidad y concentración de GO influye en la formación y compactación de las membranas. Se observa que mayores cantidades de GO o tiempos de formación más largos generan membranas más compactas, lo que mejora el rechazo de contaminantes como el ácido perfluorooctanosulfónico (PFOS) hasta un 99 %. El Capítulo IV aborda la obtención del GO mediante síntesis electroquímica variando electrolitos, voltajes y postratamientos de ultrasonidos y centrifugación. Se logran ajustar propiedades como el grado de oxidación y tamaño de lámina, factores clave en la eficacia de las membranas. Así, se observó que un mayor contenido de oxígeno favorece el rechazo del ciprofloxacino (hasta un 90 %). En el Capítulo V, se estudia la reducción química del GO ya depositado en la membrana mediante agentes como hidracina, tiourea y borohidruro de sodio. Se concluye que una reducción moderada con bajas concentraciones de hidracina permite disminuir el espacio interlaminar sin comprometer en exceso la química superficial, mejorando el rechazo de compuestos como el ciprofloxacino y el tiabendazol (hasta un 97 %). El Capítulo VI explora la fotoreducción mediante radiación UV, logrando una reducción más eficiente del espacio interlaminar, con resultados destacados en el rechazo de moléculas pequeñas como el naftol (83 %), disminuyendo así su corte de peso molecular (MWCO) desde 300 hasta 150 Da. El Capítulo VII investiga la intercalación de aminas (alifáticas y aromáticas) durante la formación de la membrana. Esto incrementa el espacio interlaminar y la permeabilidad (hasta tres veces más), manteniendo un alto rechazo de contaminantes (más del 99 % en el caso del tinte Disperse Blue 3). La membrana con 1,3-diaminopropano (DAP) logró los mejores resultados, destacando por su alta permeabilidad y desempeño en la separación de tintes y sales. Finalmente, el Capítulo VIII aplica los conocimientos adquiridos para tratar aguas brutas simuladas con sales, materia orgánica y ácido perfluorooctanoico (PFOA). De este modo, se compara una membrana sin tratamiento, una reducida por UV y otra con aminas intercaladas. La membrana intercalada demostró la mejor combinación entre permeabilidad y resistencia al ensuciamiento, manteniendo un rechazo aceptable (82-88 %) y una alta estabilidad operativa durante ensayos prolongados. En conjunto, esta tesis demuestra que es posible optimizar las propiedades de las membranas de GO mediante ajustes controlados en su síntesis, formación y tratamientos posteriores. Las estrategias desarrolladas permiten obtener membranas altamente eficientes, con buen rechazo de contaminantes emergentes y adecuada permeabilidad, abriendo nuevas posibilidades para su uso en el tratamiento avanzado de aguas