Nanopartículas de oro obtenidas a partir de material reciclado: diseño, síntesis y aplicaciones

Abstract

Los nanomateriales de oro han suscitado un notable interés científico debido a su alta relación superficie-volumen y sus propiedades ópticas singulares, las cuales permiten el desarrollo de plataformas tecnológicas en áreas como la catálisis, sensado, nanomedicina, entre otras. Sin embargo, el modelo de producción predominante genera una cantidad creciente de residuos líquidos cuyo descarte implica tanto un pasivo ambiental como una pérdida de recursos valiosos. En este contexto, la transición hacia una gestión sostenible mediante el reciclaje de metales nobles se presenta como una estrategia necesaria para reducir la dependencia de fuentes primarias y minimizar la huella operativa de la investigación nanotecnológica. La presente tesis aborda la recuperación, reutilización y aplicación funcional de oro proveniente de residuos de laboratorio, evaluando su viabilidad como precursor en la síntesis de nanomateriales plasmónicos y su desempeño en dispositivos basados en Resonancia Plasmónica Superficial Localizada. En una primera etapa, se aplicó una metodología de recuperación basada en procesos de precipitación, lavado y disolución oxidativa. El estudio se centró en evaluar sistemáticamente cómo la naturaleza de los agentes estabilizantes originales condiciona la eficiencia del proceso. Se determinó que, mientras los sistemas estabilizados electrostáticamente permiten una recuperación cuantitativa, la estabilización estérica limita significativamente el rendimiento del proceso. A continuación, se evaluó el desempeño de la solución de oro recuperado como reactivo en diversas rutas de síntesis coloidal. Se identificó que, si bien las rutas de síntesis directa son sensibles a la acidez y a los iones cloruro residuales del precursor, las metodologías asistidas por semillas ofrecen una mayor tolerancia a estas variables, permitiendo la obtención de nanopartículas esféricas, nanovarillas y nanoestrellas compuestas de hasta 100 % de oro recuperado, con propiedades plasmónicas equivalentes a las obtenidas a partir de precursores comerciales. Finalmente, la validación funcional en aplicaciones de sensado óptico demostró que las nanoestructuras sintetizadas a partir de oro reciclado presentan una respuesta de transducción frente a cambios en el índice de refracción del entorno indistinguible de la obtenida con sistemas de referencia. En conclusión, los resultados obtenidos validan la reutilización de residuos de oro como una estrategia técnica factible, que permite integrar criterios de sostenibilidad en la producción de sensores plasmónicos sin comprometer su calidad ni su desempeño funcional.

Gold nanomaterials have received significant scientific interest due to their high surface-volume ratio and their unique optical properties, which enable the development of technological platforms in fields such as catalysis, sensing, and nanomedicine, among others. However, the predominant production model generates an increasing volumen of liquid waste, the disposal of which represents both an environmental liability and a loss of valuable resources. In this context, the transition toward sustainable management through the recycling of noble metals emerges as a necessary strategy to reduce dependence on primary sources and minimize the operational footprint of nanotechnology research. This tesis addresses the recovery, reuse, and functional application of gold recovered from laboratory waste, evaluating its viability as a precursor in the synthesis of plasmonic nanomaterials and its performance in devices based on Localized Surface Plasmon Resonance. In the first stage, a recovery methodology based on precipitation, washing, and oxidative dissolution was applied. The study focused on systematically evaluating how the nature of the original stabilizing agents conditions the efficiency of the process. It was determined that, while electrostatically stabilized systems allow for quantitative recovery, steric stabilization significantly limits the recovery yield. Subsequently, the performance of the recovered gold solution was evaluated across various colloidal synthesis routes. It was identified that, while direct synthesis routes are sensitive to the residual acidity and chloride ions of the precursor, seed-mediated methodologies offer greater tolerance to these variables, allowing for the production of nanospheres, nanorods, and nanostars composed of up to 100 % recovered gold with plasmonic properties equivalent to those of commercial counterparts. Finally, functional validation in optical sensing applications demonstrated that nanostructures synthesized from recycled gold exhibit a transduction response to changes in the surrounding refractive index that is indistinguishable from reference standards. In conclusion, the obtained results validate the reuse of gold nanowaste as a feasible technical strategy, enabling the integration of sustainability criteria into the production of plasmonic sensors without compromising their quality or functional performance.