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

2

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

5

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%

6

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.

9

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

10

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%

13

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

14

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

15

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

17

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 .

18

MUCHAS GRACIAS