I.Q. LUIS EDUARDO RAMOS HERNANDEZ

Resumen
Una de las problemáticas de gran relevancia actualmente, es la contaminación del agua por metales pesados, principalmente por Cr (VI) y otros metales tóxicos, por los efectos nocivos a la salud humana que ocasionan cuando son ingeridos en concentraciones superiores a los límites máximos permisibles. En este proyecto, se investigó el uso de nanomateriales de óxidos metálicos, específicamente óxido de zinc, para utilizarlo en la remediación de agua contaminada con Cr (VI). Se probaron diferentes soportes para inmovilizar nanopartículas de óxido de zinc (NPZnO), los cuales se caracterizaron por diferentes técnicas instrumentales y fisicoquímicas. Finalmente se evaluaron para determinar su capacidad de remoción de Cr (VI), su cinética de adsorción y su desempeño en columnas empacadas.
Se probaron materiales de diferente naturaleza, incluyendo materiales orgánicos, inorgánicos, cerámicos y poliméricos: tres muestras de carbones activados, denominados ACM1P, Z3 y Z10; un residuo de café lavado con NaOH; una arena de sílice; y un hidrogel preparado con poli(ácido acrílico) reticulado. Todos estos materiales se probaron como soportes para inmovilizar NPZnO. Cada uno se caracterizó antes y después del procedimiento, para medir la cantidad de nanopartículas depositadas. Entre las técnicas utilizadas se incluyeron SEM, DRX, FT-IR, calorimetría, TGA, punto de carga cero (pHPZC), pH slurry point (PSP), identificación de grupos ácidos y básicos (titulación Boehm).

Con los resultados, se seleccionaron las muestras ACM1P (CA-ACM1P, un carbón activado preparado con nanopartículas de hierro), el residuo de café y el hidrogel, para los estudios de equilibrio de adsorción de Cr(VI), de cinética, y los ensayos en columnas empacadas. Los materiales retuvieron diferente cantidad de NPZnO, lo que se observó por cambios en sus propiedades de superficie específica, tanto en el café como en el carbón activado, en tanto que al hidrogel, le impartió mayor resistencia. La carga superficial modificó el PZC hacia pH alcalinos, y la concentración de grupos ácidos y básicos también cambió. El equilibrio de adsorción indicó que las NPZnO depositadas en cada material incrementó su capacidad de remoción de Cr(VI), desde 0.36 a 0.44 mg/g para el carbón activado, de 0.34 a 1.62 mg/g para el café y 8.20 a 8.90 mg/g para el hidrogel.
Se determinó que el material más adecuado para inmovilizar NPZnO fue el CA-ACM1P, porque su distribución fue uniforme en la mayor parte de su superficie, y la cantidad depositada fue de alrededor del 40% (1.4 g). Este material compuesto presentó un intervalo de pH entre 9 y 11 para la adsorción de Cr (VI), el mecanismo de adsorción probablemente fue por fuerzas electrostáticas. Con este material, el tiempo de equilibrio para la adsorción de Cr (VI) fue de 4 h, que comparado con los materiales compuestos preparados con el café e hidrogel con NPZnO, fue menor.
Los ensayos de adsorción de Cr (VI) en columnas empacadas con los materiales seleccionados, mostraron que éstos se saturaron con pequeños volúmenes de solución tratada, lo que se atribuyó a la reducción del área superficial específica debido al depósito de las NPZnO.

“Soporte de nanopartículas de ZnO para el diseño de un adsorbedor de columna”