Nanopartículas de hierro cerovalente encapsuladas en poliacrilonitrilo para remediación ambiental: Remoción de Cr(VI)

Abstract

El uso de nanopartículas de hierro cerovalente (nFe) en suspensión acuosaconstituye una tecnología muy eficiente para remover un amplio espectro decontaminantes tóxicos, pero requiere una etapa de separación y recuperación queincrementa los costos del proceso. La encapsulación de las nFe en soportesadecuados elimina los pasos post-remoción aumentando la versatilidad de latecnología y permitiendo su uso en sistemas de reacción continuos.En el presente trabajo se presentarán los resultados de la síntesis y caracterizaciónde nanocompuestos (NCs, nanopartículas + soporte) consistentes en nFeencapsuladas en poliacrilonitrilo (PAN) y su uso en la remoción de Cr(VI), uncontaminante modelo presente en aguas residuales de procesamiento industrial.La síntesis de los NCs fue llevada a cabo por goteo de una suspensión formada pornFe, PAN y dimetilsulfóxido en una solución 0,01 M de NaOH. Las esferas obtenidasfueron tratadas térmicamente por 3 h para mejorar su resistencia mecánica. Seprodujeron NCs con diferente carga de nFe en el rango 0-27% de Fe m/m y aquellosconteniendo 17% de Fe fueron adicionalmentecalcinados a 180 °C, 280 °C y 320 °C.De acuerdo con el análisis de porosimetría y SEMEDS, se obtuvieron esferas de PAN milimétricas conporosidad distribuida jerárquicamente (macro- ymesoporosidad). Las nFe fueron encontradas formandoaglomerados micrométricos con presenciapreponderante de la fase α-Fe hasta 230 °C. Porespectroscopía Mössbauer se determinó que los NCstratados a 230 °C conservaron un 50% Fe(0)remanente. El análisis de los espectros de FTIR de losNCs mostró la transformación de la estructura molecularde PAN de una cadena alifática de forma lineal a unaestructura de tipo escalera al aumentar la temperaturadel tratamiento térmico.Los NCs fueron usados para la remoción de Cr(VI) alcabo de 4h en un reactor de recirculación en batch. Se evaluó el efecto del pH inicial(3-9), de la carga de nFe y de la temperatura de tratamiento térmico sobre laconcentración de Cr(VI), Cr(III) y Fetotal en solución. El Cr(VI) fue completamenteremovido en 120 min a pH 3 y utilizando NCs con 17% de nFe calcinados a 230 °C.Finalmente, se demostró que las nFe libres y las encapsuladas presentaron igualeficiencia de remoción de Cr(VI) por gramo de Fe(0) (Fig 1 ; 57 mg Cr(VI)/g Fe(0)).Los NCs sintetizados demostraron ser materiales promisorios para su uso enremediación ambiental, manteniendo la reactividad del Fe(0) retenido.