Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as arsenic adsorbent. Development of Nanofiber SPION Supports and Arsenic Speciation Using Synchrotron and Hyphenated Techniques

• Autores: Diego Morillo Martín
• Directores de la Tesis: Manuel Valiente Malmagro (dir. tes.), Gustavo Pérez González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2013
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Marilena Tolazzi (presid.), Joan Antoni Calzado Cuevas (secret.), Laura Simonelli (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química analítica
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Los estudios que se han realizado en la presente tesis doctoral se basan en el desarrollo de una metodología de síntesis y caracterización de sistemas nanoestructurados como recurso innovador para la recuperación de arsénico en efluentes contaminados y la depuración de dichos efluentes. Estos materiales tienen como elemento común, el uso de las Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles (SPION), con las que se han realizado diferentes estudios de adsorción para evaluar los parámetros de adsorción óptimos (tiempo de contacto, efecto del pH y de la concentración). Dichos estudios han permitido determinar la máxima capacidad de adsorción del SPION a la hora de extraer el elemento contaminante y observar como se ve afectada dicha capacidad de adsorción, en función de la especie existente del elemento contaminante. La elección de SPION se fundamenta en el empleo de la fuerte interacción Fe-As demostrada en muchos compuestos naturales, así como por su capacidad magnética. A partir de éste estudio, se han desarrollado diferentes sistemas adsorbentes en modo no soportados, basados en la funcionalización del SPION (NanoComposites) o bien empleando sistemas soportados, ya sean con esponja de celulosa (Forager® Sponge) impregnada de SPION o los más novedosos, sistemas basados en nanofibras (de acetato de celulosa y poliacrilonitrilo). En este último caso, dichos sistemas son sintetizados vía electrospinning y cargados con SPION con el objetivo de incrementar la superficie específica de adsorción y facilitar su posible aplicación en muestras reales. Todos los sistemas desarrollados disponen de un valor añadido, ya que las propiedades magnéticas del SPION permiten recuperar las nanopartículas que pueden quedar expuestas en las disoluciones contaminadas de una manera rápida y efectiva, evitando así, una contaminación con nanopartículas del efluente tratado. El trabajo realizado, ha permitido optimizar tanto la síntesis de SPION, vía co-precipitación, como el desarrollo y caracterización de los sistemas adsorbentes. Adicionalmente, tras determinar la máxima capacidad de adsorción para cada uno de los sistemas, se ha estudiado la selectividad de dichos sistemas por las especies de arsénico en presencia de iones metálicos (Cu2+, Ni2+ o Zn2+) y/o de los aniones más comunes en aguas (cloruro, nitrato, sulfato y fosfato). En lo referente a los estudios de especiación, se han aplicado técnicas de especiación directa (técnicas de radiación sincrotrón) e indirecta (acoplamiento HPLC-ICP-MS) para determinar la selectividad de los materiales frente a las diferentes especies inorgánicas de arsénico (arsenito o arsenato), obteniéndose resultados satisfactorios que denotan una elevada selectividad por As(V). Por otra parte, se han evaluado las características y propiedades de los diferentes sistemas adsorbentes. Dicha actividad ha comportado el empleo de diversas técnicas analíticas, desde la microscopia (SEM y TEM) que permiten conocer el tamaño, distribución y morfología de las nanopartículas y nanofibras, hasta técnicas que proporcionan información sobre las características estructurales y propiedades físico-químicas de los materiales. Así pues, los estudios llevados a cabo para la realización de esta tesis doctoral proporcionan un significativo avance en el desarrollo de una serie de potenciales sistemas adsorbentes, los cuales pueden ser aplicados para la eliminación de contaminantes altamente tóxicos como el arsénico en muestras reales. Dicha aplicación, se caracteriza por unos valores de eficiencia, eficacia y selectividad comparables, cuando no superiores a materiales existentes en el mercado. Un ejemplo de la transferencia tecnológica derivada de esta tesis doctoral, es la patente solicitada “Filtro de tratamiento de líquidos con nanopartículas de magnetita y procedimientos correspondientes”. Ref: P201330144 y con fecha de prioridad del 6 de Febrero de 2013.