Las nanopartículas optimizan la eliminación de contaminantes de metales pesados

Las nanopartículas optimizan la eliminación de contaminantes de metales pesados


En un artículo publicado en la revista Nanotecnología Ambiental, Monitoreo y Gestiónse creó un bio-nanocompuesto mediante la adición de ácido silícico (SiO2) y dióxido de titanio (TiO2) nanopartículas en una red de quitosano ([email protected]2@TiO2) para combatir la contaminación por metales pesados.

Las nanopartículas optimizan la eliminación de contaminantes de metales pesados ​​en nanocompuestos de quitosano

Estudio: Eliminación por adsorción de Cr(VI) mediante nanocompuestos de quitosano-SiO2-TiO2. Crédito: salajean/Shutterstock.com

La amenaza de los metales pesados

Los crecientes avances industriales y las excursiones antropogénicas están alterando el delicado equilibrio que se produce entre los humanos y su ecosistema. En las últimas décadas, la contaminación por la introducción de metales pesados ​​en los cuerpos de agua ha ido en aumento día a día. Estos metales pesados, que a menudo se perciben como tóxicos, tienen un efecto negativo en la mayoría de los seres vivos si se supera el límite de tolerancia.

Cr(VI) se ha utilizado en una variedad de procesos industriales, como p. B. Preparación de cromita, compuestos a base de cromo, enjuague de artículos enchapados, pigmentos y pinturas, curtido de cuero, galvanoplastia, etc. Varias investigaciones han encontrado cromo en altas concentraciones en los humos industriales resultantes de estos procesos.

El Cr(VI) es una sustancia altamente tóxica que se comporta como agente cancerígeno, mutagénico y teratogénico en los organismos vivos, provocando úlceras en la piel, cáncer de pulmón, dermatitis alérgica, ruptura del tabique nasal y problemas renales.

Esto indica que el Cr(VI) plantea un problema importante para el bienestar humano cuando se libera a la atmósfera en concentraciones superiores al nivel permitido de 0,1 mg/l. Según la USEPA, la concentración máxima de Cr(VI) en el agua potable no debe exceder los 0,05 mg/L. Por lo tanto, la comunidad científica necesita desarrollar una técnica práctica y eficiente para eliminar el Cr(VI) antes de que se libere a la atmósfera.

Diversas técnicas para eliminar el cromo.

Se han desarrollado flotación por espuma, tratamiento químico, intercambio de iones, tratamiento de adsorción, extracción con solventes, ósmosis inversa y otros métodos para eliminar el Cr(VI) del agua contaminada. La adsorción es una de las opciones más viables para la eliminación de cromo porque es rentable.

Limitaciones de las técnicas alternativas

La flotación por espuma y el tratamiento químico requieren el uso de una cantidad significativa de sustancias químicas que pueden causar contaminación, lo que requiere la eliminación del exceso de sustancias químicas después del tratamiento. El intercambio iónico solo puede ser beneficioso cuando los contaminantes son de naturaleza iónica y solo existen en una configuración química única. La ósmosis inversa es un proceso costoso que requiere el reemplazo regular de costosas membranas. La extracción con solventes no es práctica para el tratamiento de agua a gran escala.

Diversos materiales de adsorción

El quitosano, la celulosa, las nanopartículas de magnetita, la quitina, la bauxita calcinada, el carbón vegetal, los compuestos y otros materiales adsorbentes han sido analizados para la eliminación de Cr(VI). Investigaciones recientes han demostrado el uso de una variedad de sustancias para procesos de adsorción de uno o varios metales, como residuos de plantas, compuestos de bentonita y polvos de conchas.

¿Por qué el quitosano es una buena opción?

El quitosano es un potente bioadsorbente utilizado en agricultura, procesamiento de alimentos, biomedicina y fines medioambientales. Se produce por la desacetilación de la quitina, que es uno de los biopolímeros más abundantes en el ecosistema después de la celulosa. A través de la coordinación, la aparición de grupos funcionales de amina en la red de polímeros de quitosano promueve la atracción de metales pesados.

Para mejorar la propensión adsortiva y la estabilidad de los materiales adsorbentes de quitosano, se han utilizado la impregnación, la impresión molecular y la reticulación para crear una variedad de materiales adsorbentes de quitosano diseñados. En el panorama actual de la química de materiales, el quitosano ofrece una amplia gama de aplicaciones. Debido a su estabilidad química y térmica, porosidad y área de superficie amplia, la integración de varios restos inorgánicos con biopolímeros ahora se usa ampliamente en la tecnología de adsorción.

Aspectos destacados del estudio

En este estudio, un biocompuesto a base de quitosano [email protected]2@TiO2 se preparó entrecruzando sílice y dióxido de titanio en el esqueleto de quitosano usando glutaraldehído bifuncional como agente de entrecruzamiento.

La integración de estas dos nanopartículas (NP) no solo aumentó la estabilidad térmica y mecánica del biopolímero a base de quitosano, sino que también mejoró significativamente la tasa de adsorción y la capacidad en comparación con el quitosano puro.

A pH 3, este material se utilizó para la adsorción específica de Cr(VI). Dado que la superficie de adsorción está cargada positivamente y el Cr(VI) está en forma de cromato a pH 3, las interacciones que ocurren en esta situación son electrostáticas.

Los valores negativos crecientes del cambio de energía de Gibbs con el aumento de la temperatura indicaron que el mecanismo de adsorción fue instantáneo y beneficioso incluso a temperatura elevada. Dado que la magnitud del cambio de entalpía fue positiva, el mecanismo de adsorción fue endotérmico.

El biocompuesto puede rellenarse con hidróxido de sodio y reutilizarse para adsorber Cr(VI) hasta cuatro veces sin una disminución notable en la capacidad de adsorción.

referencia

Billah RE, Shekhawat A, Mansouri S, Majdoubi H, Agunaou M, Soufiane A y Jugade R (2022). Eliminación por adsorción de Cr(VI) mediante nanocompuestos de quitosano-SiO2-TiO2. Nanotecnología Ambiental, Monitoreo y Gestión. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215153222000551?via%3Dihub

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