Nanopartículas de magnetita funcionalizadas con alginato: efecto del método de funcionalización en la estabilidad coloidal y la eficiencia para la remoción de Cu(II)

SALAS, SANTIAGO D.; ABAD, LARA; FERREYRA, NANCY F.; VICO, RAQUEL V.

Bahía Blanca

Encuentro; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados (NANO 2023); 2023

Universidad Nacional del Sur

La contaminación del medioambiente con metales surge como resultado de actividades antropogénicas siendo las principales la minería, la metalurgia y los vertidos de aguas procedentes de fábricas, entre otras. Alrededor del 90% de las aguas residuales que se producen mundialmente se liberan sin tratamiento previo [1]. Como consecuencia de la contaminación con metales de los ambientes acuáticos, los ecosistemas se ven seriamente afectados, siendo imperativo encontrar una solución para esta problemática actual. Entre los metales, el cobre es uno de los que reviste mayor interés debido a su alta toxicidad en bajas concentraciones y a su introducción en la cadena trófica por bioacumulación. La Agencia de Protección Ambiental de los EEUU ha establecido que el límite máximo permitido de cobre en los efluentes industriales es 1,3 ppm, mientras que la Organización Mundial de la Salud establece que la concentración de cobre total en el agua de consumo no debe exceder 1 ppm [2]. En la búsqueda de una solución, se requieren desarrollar tecnologías eficientes, de bajo costo y adecuadas para su aplicación con fines de remediación de fuentes de agua. En este sentido, el uso de adsorbentes naturales biocompatibles y no tóxicos como el polisacárido alginato (Alg) extraído del alga marrón, una fuente abundante y accesible, es una solución prometedora por a su excelente capacidad de adsorción de cationes metálicos a través de sus numerosos grupos carboxilo [3,4]. La modificación superficial de nanopartículas de magnetita con alginato (MNP-Alg) permite aprovechar de forma sinérgica las propiedades magnéticas de las nanopartículas y las de adsorción del polímero. Las partículas aportan una elevada área superficial para incorporar el polisacárido, lo favorece la capacidad de adsorción, a la vez que ofrecen la ventaja de poder separar el material por aplicación de un campo magnético externo. La modificación superficial de MNPs con alginato (MNP-Alg) favorecería la estabilidad del coloidal en medios acuosos y mejoraría su prestación en aplicaciones medioambientales[5,6]. Bajo esta idea, en este trabajo se presenta la síntesis y caracterización de MNP-NH2 funcionalizadas con 3-aminopropiltrimetoxisilano y la posterior incorporación del polímero alginato. Se comparan dos métodos de unión de Alg a la superficie de las MNPs, enlace covalente por formación de enlaces amida con los grupos funcionales expuestos de las nanopartículas (MNP-NHCO-Alg) y fisisorción mediante interacciones electrostáticas (MNP-NH3+?OOCAlg). Las nanopartículas obtenidas fueron caracterizadas mediante difracción de rayos X de polvo, microscopía de transmisión electrónica, espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétrico y dispersión dinámica de la luz. Adicionalmente, se ensayaron diferentes relaciones de masa MNP:Alg para la unión covalente de Alg encontrándose que existe una condición óptima que favorece la estabilidad coloidal. Finalmente, se evaluó la eficiencia y el reúso de MNP-NHCO-Alg como adsorbente de Cu(II), encontrándose una capacidad de adsorción del 88% (1,5 µg de Cu/mg de adsorbente) en el primer ciclo de uso y 47% en el segundo ciclo. Los resultados permiten confirmar que la unión covalente de Alg proporciona mayor estabilidad coloidal a las partículas en agua con respecto a MNP-NH2 o MNP-NH3+ ?OOCAlg y que el nanomaterial desarrollado es una alternativa muy interesante para ser aplicada en remediación. 1.Rehman, M. et al. Environ Sci Pollut Res 26 (2019) 18003?18016.2.Elkhatib, E. et al. Environ Eng Res 25 (2020) 930?937. 3.Râpă, M. et al. Materials 14 (2021) 7187.4.Kim, H-G. et al. Appl. Sci. 9 (2019) 3835. 5.Jabbar, K.Q. et al. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management 17 (2022) 100661.