Síntesis, caracterización y empleo de nanofluidos estables basados en nanopartículas de hierro para la remediación de metales y metaloides en agua y suelos

Abstract

En esta tesis se estudió la preparación de nanofluidos estables basados en nanopartículas de hierro cerovalente y óxidos de hierro para la remoción de contaminantes inorgánicos de interés en agua y suelo. Se investigó la estabilización de las nanopartículas empleando distintos polielectrolitos, con el objetivo de prevenir su agregación y sedimentación, con miras a una implementación para remediación in situ. Para estudiar la estabilización de las nanopartículas se probaron 8 polielectrolitos distintos, y se definió la condición de estabilidad a partir de la determinación de la velocidad de sedimentación. Para este propósito, se compararon distintas técnicas para evaluar la sedimentación de las nanopartículas, una de las cuales se desarrolló en el marco de esta tesis. Esta técnica consiste en el análisis de fotografías empleando un software libre, que permite cuantificar la cantidad de nanopartículas en suspensión a partir de la intensidad de gris. Analizando las curvas de sedimentación obtenidas mediante estas mediciones, se determinaron los estabilizantes óptimos y las concentraciones de hierro y estabilizante a emplear. Con los nanofluidos seleccionados se realizaron ensayos de transporte en columnas de lecho poroso. Se comparó la movilidad de las nanopartículas estabilizadas en comparación con las no estabilizadas, analizando los mecanismos de transporte actuantes, que dependen de las interacciones entre nanopartículas y entre nanopartículas y el medio. Se llevó a cabo también el escalado del ensayo, determinando la movilidad en una columna a escala piloto. Los resultados se emplearon para modelar las ecuaciones de transporte, según la teoría de filtración de coloides y las ecuaciones de advección-dispersión, empleando un software específico. Adicionalmente, los nanofluidos y las soluciones de estabilizantes seleccionados se caracterizaron reológicamente, para estudiar su comportamiento ante el flujo y su capacidad para estabilizar las nanopartículas. Los resultados obtenidos se emplearon para complementar los estudios de sedimentación y transporte, analizando los mecanismos de interacción entre los polielectrolitos y las nanopartículas. Finalmente, se evaluó la reactividad de las nanopartículas en sistemas tipo batch y en columna. En los sistemas batch se estudió la reacción con Cr(VI) para evaluar la capacidad de remoción de los nanofluidos, estabilizados o no, y compararlas entre sí. En columna, se implementó un sistema del tipo barrera reactiva permeable. Adicionalmente, se investigó la remoción de U(VI) y se buscó evitar la redisolución del uranio en medio óxico por agregado de Cr(VI). A partir de la comparación entre los sistemas y el análisis de las muestras obtenidas luego de la remoción mediante técnicas de caracterización de sólidos, se propuso el mecanismo de reacción que favorecería el anclaje del U en el sólido.