Eliminación de herbicidas y metales pesados en aguas mediante el uso de hidróxidos dobles laminares

Resumen

RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D./Dª Mª Ángeles González Millán 1. Introducción o motivación de la tesis La tesis doctoral aborda la temática de la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por la presencia de sustancias tóxicas como problema ambiental grave y que ha provocado una considerable alarma social ya que afecta a los ecosistemas terrestres y acuáticos y a la salud humana [1,2]. Por ello, surge la necesidad de desarrollar metodologías de remediación para la eliminación de contaminantes químicos de distinta naturaleza, entre ellas la adsorción de pesticidas y metales pesados y la electro-deposición de metales. Los hidróxidos dobles laminares (HDLs) o compuestos tipo hidrotalcita (HT), siendo materiales muy versátiles, han mostrado tener excelentes propiedades adsorbentes y por tanto descontaminantes gracias a sus características estructurales y superficiales [3-7]. Además, la modificación de su espacio interlaminar mediante la incorporación de aniones orgánicos hace posible la adsorción de contaminantes de baja polaridad (herbicidas) a través de interacciones hidrofóbicas, así como de cationes metálicos vía formación de complejos con el anión humato [8]. El estudio de la cinética y termodinámica de la adsorción en diferentes HDLs, además de la competición con otras especies presentes en disolución juegan un papel determinante para entender el comportamiento y destino de estos contaminantes en el medio ambiente. Por otro lado, el reciente uso de los HDLs como ánodos en baterías de Zn-Ni ha despertado el interés de estos materiales en el campo de la electroquímica [9,10]. En nuestro caso, la incorporación de los HDLs como componentes de los electrodos nos permite depositar electroquímicamente cationes metálicos procedentes de una disolución contaminada (electrolito) inmovilizándolos en la superficie de forma estable e incrementando la eficiencia de este proceso debido a la reducción de reacciones secundarias. 2. Contenido de la investigación La metodología y el plan de trabajo seguido durante el desarrollo de esta tesis doctoral ha sido el siguiente: En primer lugar, se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización estructural de adsorbentes basados en HDLs (con aniones inorgánicos y modificados por la incorporación de aniones orgánicos en sus espacios interlaminares) y evaluación de sus propiedades adsorbentes para pesticidas tales como linurón, 2,4-DB y metamitrón, todos ellos con propiedades fisicoquímicas diversas y pertenecientes al grupo de los herbicidas, y para los metales pesados cobre, plomo y cadmio. Los HDLs preparados fueron ZnAl-CO3 y MgAl-Cl, donde aniones orgánicos como caprilato y humato (carga laminar variable) se incorporaron mediante intercambio iónico a la HT compuesta por Mg y Al. En segundo lugar, se realizaron los experimentos de adsorción. Se determinaron las condiciones óptimas para la adsorción de los contaminantes, tales como relación sólido/disolución, tiempo de contacto (cinéticas de adsorción), pH, temperatura y concentración de contaminante (isotermas de adsorción). La cantidad adsorbida de pesticida se determinó por UV-Vis, mientras que la cantidad adsorbida de los metales por espectroscopia de absorción atómica. La obtención de isotermas de adsorción de los distintos adsorbatos a los adsorbentes permitió evaluar la afinidad y la fuerza de las interacciones, mientras que el uso de técnicas espectroscópicas (espectroscopia de infrarrojos y difracción de rayos X) ayudó a proponer posibles mecanismos de interacción. La presencia de otras especies presentes en disolución también fue estudiada (cinéticas de competencia de metales). En el caso de los pesticidas un estudio de desorción fue llevado a cabo con el objetivo de estudiar la posibilidad de reciclado del adsorbente. En tercer lugar, una nueva estrategia de eliminación de metales fue puesta a punto. La incorporación de los HDLs como componentes de los electrodos (sustratos) nos permitió depositar electroquímicamente plomo y cadmio. Para ello, diversos parámetros de la celda electroquímica se optimizaron previamente (proporción de aditivos, contenido del sustrato, concentración de electrolito, colector usado, área del electrodo, corriente, control de reacciones secundarias, etc.). Posteriormente, la deposición de ambos cationes metálicos en HDLs de distinta composición (ZnAl-CO3 y MgAl-H, siendo H humato) se realizó con éxito. Tras el proceso de deposición, se investigó la posibilidad de recuperación y concentración de dichos metales depositados mediante oxidación de los mismos con el fin de utilizarlos para otros fines industriales. La caracterización de los electrodos tras el proceso electroquímico nos permitió conocer los mecanismos de reacción que habían tenido lugar en el proceso de oxidación. Finalmente, los resultados obtenidos fueron difundidos a través de diversos artículos en revistas científicas internacionales de reconocido prestigio y en congresos nacionales e internacionales. Además, varias noticias de carácter divulgativo se publicaron en periódicos de Córdoba. 3. Conclusión La adsorción y la electro-deposición han supuesto alternativas prometedoras para disminuir los niveles de contaminación de aguas contaminadas. Mediante el uso de materiales tipo hidrotalcita, los cuales son baratos, fáciles de sintetizar [11] y no introducen componentes extraños en los sistemas naturales que van a ser tratados, fue posible eliminar especies potencialmente peligrosas (pesticidas y metales pesados) obteniéndose altas eficiencias en ambos procesos incluso a altas concentraciones, logrando con ello minimizar su impacto ambiental.