Post on 05-Jul-2022
Caracterización
de nanopartículas de
óxidos de hierro y su aplicación en la
remoción de arsénico del agua subterránea
M.C. Miriam Z. López Paraguay
Centro de Investigación de Materiales Avanzados S.C.
Dra. Ma. Teresa Alarcón Herrera
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INTRODUCCION
Presencia del arsénico en el mundo
Arsénico
Meoqui : 376 µg/L
Julimes : 277 µg/L
Rosales : 128 µg/L
Delicias : 25-100 µg/L
Es el estado mas grande del país y
Ocupa el 12.6% del territorio nacional
(247,087.70 km2).
Fuente: Secretaría de Salud y Comisión Nacional del Agua- Gerencia de Aguas Subterráneas.2009
Contaminación por arsénico
Contaminación por flúor
3
Por que es importante remover el
arsénico del agua?
4
Arsénico
Exposición Daños al hombre Afecciones
• Ingestión
• Inhalación
Se acumula en:
• músculos y piel,
• huesos e hígado
• riñones (menor grado)
• Lesiones cutáneas y viscerales-HACRE (>10
mg/L de As)
• Efectos secundarios en: sistema nervioso,
irritación de órganos del aparato respiratorio,
gastrointestinal, hasta cáncer (>120 mg As /L).
La EPA y la OMS lo clasifican como elemento carcinogénico del grupo A
País /
Organización
Concentración
de As (mg/L)
País /
Organización
Concentración
de As (mg/L)
OMS 0.01 India 0.05
EPA (USA) 0.01 China 0.01
Unión
Europea0.01 Bangladesh 0.05
México 0,025 Japón 0.01
Canadá 0.01 Argentina 0.05
Australia 0.007 Sudáfrica 0.01
NORMATIVIDAD
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Alternativas
de
Tratamiento
Tecnologías Innovación Remueve
ADSORCION
Nanopartículas de cobre, hierro As
Nanopartículas magnéticas As y F
Nanopartículas de hierro valencia cero As
Nanopartículas de oxido de titanio As
Nanotubos de carbón F
Nanoparticulas sinteticas de hierro, aluminio, cesio F
Alúmina / aluminio modificados F
Zeolitas y arcillas F
MEMBRANASNanomembranas As y F
Nanofiltros As y F
OXIDACION Y REDUCCIONRAOS (Remocion de arsenico por oxidacion solar) As
Oxidación fotocatalítica (TiO2) As
TRATAMIENTOS NATURALES
Bioremediacion (microorganismos, algas) As
Bioadsorcion (algas) F
Fitoremediacion (fitofiltración, rizofiltración) As
INTERCAMBIO IONICO As y F
PRECIPITACIÓN Y FILTRACIÓN As y F
ELECTRODIALIS INVERSA As
As: 99.2%
F : 82.2%
F : 95%
As: 98.4%
F : 85.0%
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Nanopartículas en
el tratamiento de
aguas
• Alta capacidad de adsorción debido a su elevado valor de
área superficial
• Se minimiza el uso de insumos químicos
• Ya están comercialmente disponibles.
Ventajas:
Desventajas:
• Hay dificultad para separar el material sólido del líquido
• Aun no se trabaja con nanopartículas de origen natural
• Por su tamaño podría ser un riego a la salud, debido a su fácil
incorporación en el ser humano.
• Disposición final adecuada para el material agotado.
7
Representación esquemática de la
separación magnética
Mallas y lana de acero
8
OBJETIVOS
Evaluar el potencial que tienen las nanopartículas
naturales para remover el arsénico de aguas
subterráneas, y explorar las alternativas de recuperación
de dichas nanopartículas del agua.
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METODOLOGIA
Adsorbente natural
(óxidos de hierro)Molino Spex
modelo 8000M
Adsorbente
tratado
En aire
En
metanol
Obtención y caracterización de nanopartículas
Agitador por
paletasColumna y Electroimán
Digestión de
muestras
Muestras (100 ml)
Solución de As+3
(100 ppb)
Adsorbente
tratado
FiltradoEspectrofotometro de absorción
atómica con generador de
hidruros
Pruebas de Pre-tratamiento
Técnica
Área superficial
Difracción de rayos X
SEM
TEM
Propiedades
magnéticas
Potencial zeta
Caracte-
rizacion
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RESULTADOS PRELIMINARES
I) Obtención y Caracterización del
adsorbente
11
Área superficial – Tratamiento
mecánico
Tiempo de
molienda
(horas)
Areas superficiales
(m2/g)
En aireEn
metanol
1 7.44 4.53
2 8.26 5.97
4 9.04 6.96
5 8.24 8.31
6 8.44 8.76
8 8.50 9.53
10 6.85 8.89
Area sup material original=3.1
m2/g
0 2 4 6 8 10
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
en metanol
en aire
Are
a s
up
erf
icia
l (m
2/g
)
Tiempo (horas)
12
Difracción de
Rayos X
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10000
15000
20000
25000
30000In
tens
idad
2 theta (o)
Leyenda (en aire)
Oxido virgen
4 horas
6 horas
8 horas
10 horas
Simbolos
H-- Fe2O
3 M-- Fe
3O
4
O-- FeO
I-- Fe
H,
H
H
I
M
M
H
H,M
H
H
H
M
H,M
H
H,M
H
H,
I HH H
H,O
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
20 30 40 50 60 70 80 90 100
10000
15000
20000
25000
30000 Simbolos
H-- Fe2O
3 M-- Fe
3O
4
O-- FeO
I-- Fe
2 theta (o)
Leyenda (en metanol)
oxido virgen
4 horas
6 horas
8 horas
10 horas
Inte
nsid
ad
H,
H
H
I
M
M
H
H
H
M
H,M
H
H,M
H
H,
I HH H
H,O
H,M
H
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o
ElementoPorcentaje
(material virgen)
Fe2O3 56.50%
Fe3O4 25.20%
FeO 14.80%
Fe 3.5%
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Microscópio electrónico de
barrido - SEM
Composición inorgánica de los óxidos de hierro según espectro EDS tomado con el SEM a
5 kX y 15kV. b) Micrografías tomadas a magnificaciones (b1:1kX, b2: 10kX)
25 um
b1
2.5 um
b2
Elemento Cantidad
Fe 69.20%
O 21.51%
Si 3.78%
Ca 3.73%
Al 1.05%
Mg 0.73%
Adsorbente antes del tratamiento
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Microscópio electrónico de transmisión -
TEM6H-aire 6H-metanol
11.2 nm
15.7 nm
26 nm
22 nm
32.4 nm
48.5 nm
73 nm
55 nm
30 nm
34.6 nm
24 nm
8H-aire 8H-metanol
10H-aire 10H-metanol
11.5 nm
15 nm
16.5 nm
8.5 nm
15 nm
12.5 nm
7.5 nm
11 nm
13.5 nm
10 nm
10 nm
10 nm
10 nm
16 nm
16 nm
30 nm
47 nm48.5 nm
47 nm
48 nm
44 nm
26 nm
28 nm
29.3 nm
14.5 nm
14.5 nm
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II) Resultados preliminares de eficiencia
de remoción de As+3
16
5.4 Eficiencias de remoción
Eficiencia de remoción de As (III) (%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
20
30
40
50
60
70
80
90
Efic
ien
cia
de
re
mo
ció
n d
e A
s+
3 (%
)
Tiempo (minutos)
Dosis del adsorbente
1.5 g/L
2.0 g/L
3.0 g/L
4.0 g/L
Tiempo
(min)
Dosis (g/L)
1.5 2 3 4
15 32.18 34.67 35.77 27.27
30 48.93 47.79 56.58 77.72
45 57.83 45.22 57.10 72.79
60 66.99 59.19 65.88 81.60
90 55.15 52.10 56.43 62.48
120 75.64 73.24 88.44 72.75
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CONCLUSION
Los resultados de las pruebas preliminares de adsorción
revelan el potencial de remoción de arsénico que tienen
dichas nanopartículas. Con tiempos menores a una hora y
con dosis inferiores a 4 g/L de material ha sido posible
remover más del 80% del arsénico.
Estos resultados son promisorios, por lo que serán
optimizados cambiando diferentes parámetros como
intensidad de campo magnético, dosis de adsorbente y
tamaño de partículas, tiempos de retención .
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MUCHAS GRACIAS