FLUORIDE AND METAL IONS REMOVAL FROM WATER BY ADSORPTION ON NANOSTRUCTURED MATERIALS

Resumen

Actualmente la contaminación ambiental es un gran enemigo global, siendo uno de los problemas que afectan más al mundo. El presente trabajo se centra en la eliminación de contaminantes acuosos, como el fluoruro o distintos iones metálicos. Diversos materiales nanoestructurados han sido utilizados para la adsorción de los contaminantes de agua anteriormente mencionados. Estos materiales han sido elegidos por la elevada area superficial que ofrecen en un volumen muy pequeño, rendiendolos materiales adsorbentes ideales para el tratamiento de aguas residuales. _x000D_ La primera parte de la tesis se centra en la eliminación de fluoruro del agua. Se ha seleccionado como material óptimo las microesferas jerárquicas de alúmina (HAM), por su elevada area superficial y su porosidad, así como su estabilidad. HAM han sido sintetizadas mediante la metodología publicada con cambios significativos, y posteriormente caracterizadas con SEM, TEM, XRD, DLS o BET. _x000D_ Se han elaborado estudios potenciométricos para la determinación de fluoruro restante en solución. Los resultados expeimentales obtenidos, se han ajustado con el modelo de Langmuir y Freundlich para describir el mecanismo de adsorción. Datos precisos en la entalpía de adsorción permiten el diseño de las mejores condiciones tanto para la captación como para una eventual liberación de una determinada especie química. En trabajos previos, la entalpía asociada a la adsorción de fluoruro (∆Hads) ha sido calculada mediante la ecuación de van’t Hoff. Sin embargo, distintos estudios consideran las discrepancias entre la entalpía obtenida directamente (ITC) y la obtenida mediante la ecuación de van’t Hoff, y evidencian la gran incertidumbre asociada al último método. En este trabajo, ITC ha sido usada por primera vez para la directa determinación de ∆Hads para la adsorción de fluoruro en HAM, proporcionando parámetros termodinámicos más robustos e indepedientes. _x000D_ La segunda parte de la tesis se centra en la eliminación de metales pesados y preciosos del agua. En esta ocasion, se ha elegido como adsorbente nanopartículas de magnetita (SPION). Los materiales adsorbentes magnéticos (como SPION), pueden representar una herramienta interesante para la eliminación/recuperación de iones metálicos del agua, ya que pueden dispersarse en la muestra y recuperarse fácilmente usando un campo magnético. Sin embargo, para la adsorción de iones metálicos, el SPION no modificado presenta una pequeña capacidad de adsorción. No obstante, una de las ventajas que presenta éste material és que es fácilmente modificable añadiendo un ligando orgánico a la superficie. Siguendo la teoria de HSAB, ligandos con grupos funcionales como –SH o –RSR- han sido seleccionados. _x000D_ El objetivo de este estudio es sintetizar SPION y funcionalizarlos con ligandos continentes de S en sus grupos funcionales para la adsorción selectiva de metales pesados y preciosos, caracterizando los procesos de adsorción en términos de capacidad de carga y parámetros termodinámicos._x000D_ SPION se han sintetizado y funcionalizado con ácido 3-mercaptopropiónico y ácido 3,3’- tiodipropionico siguiendo el procedimiento publicado en la literatura y luego caracterizado por métodos estándar. Mientras que el proceso de adsorción de cada metal ha sido estudiado utilizando una nueva metodología que combina ICP y ITC. Mientras que en trabajos anteriores se han calculado las ΔHads relacionadas con la adsorción de metales mediante la ecuación de van't Hoff, en este trabajo ITC se aplica por primera para la determinación directa de ΔHads. En nuestro método, los datos obtenidos por ICP-OES han sido equipados con una isoterma de Langmuir para obtener el valor de la constante de adsorción (Kads). A continuación, se ha utilizado Kads para calcular la concentración de metal libre para cada adición de valorante en las titulaciones calorimétricas y finalmente obtener el valor de ΔHads. Además, el ITC se aplica también como un cribado del material adsorbente, con el fin de discriminar el candidato óptimo para aplicaciones de extracción/recuperación de metal.

Fecha de lectura	7 abr 2017
Idioma original	Inglés
Supervisor	Andrea Melchior (Director/a) & Manuel Valiente Malmagro (Director/a)