Comparación de materiales compuestos a base de óxido de grafeno reducido para remover plomo de efluentes

Abstract

En este trabajo de investigación, se estudiaron que compuestos son más óptimos como material adsorbente para el tratamiento de aguas, trabajando con ferrita y diatomita naturales. Para optimizar las propiedades de adsorción de cada uno de los materiales, se buscó adherir un compuesto derivado del carbono como el grafeno de tal forma que se pueda crear sinergias con sus propiedades excepcionales de adsorción, ya probados para la eliminación de metales pesados y contaminantes del agua. Siendo el grafeno un material investigado en los últimos años, lo cual ha permitido que sea desarrollado y utilizado para preparar estructuras compuestas con otros materiales, al mejorar sus propiedades y optimizar las características estructurales básicas, mejorando la capacidad de adsorción al ponerse en contacto con los contaminantes; facilitando la difusión de las moléculas contaminantes sobre la estructura del material a base de grafeno. Esta capacidad de las estructuras basadas en grafeno para remover contaminantes es considerada como una propiedad idónea, debido a sus excelentes cualidades para la adsorción de contaminantes del medio ambiente. Para la obtención del grafeno, primero se sintetizó óxido de grafeno (GO) obtenido por el método de Hummers Offeman y luego se redujo los grupos funcionales con irradiación ultravioleta; obteniendo óxido de grafeno reducido (rGO). Para comprobar su reducción se caracterizó con espectrómetría Raman, infrarrojo por transformada de fourier (FTIR) y difracción de rayox X (DRX), luego de obtener rGO, se redujo el tamaño de partícula de la ferrita por molienda mecánica obteniendo 122 nm aproximadamente, mientras que para clasificar el tamaño de diatomita se usó tamices entre 0.15 y 0.6 mm de diámetro. En la preparación del material compuesto primero se dispersa el rGO por baño ultrasónico, luego bajo agitación constante se adiciona el material (ferrita o diatomita), formando los compuestos de ferrita-rGO y diatomita-rGO, proponiendo un enfoque biomimético. Se estudió la eliminación del plomo como metal pesado. Finalmente se comparó cuál de los dos materiales compuestos remueve mayor cantidad de plomo a una concentración de 50 ppm, obteniendo que el compuesto de diatomita-rGO remueve un 99% mientras que la ferrita-rGO un 97%.

In this research work, it was studied that compounds are more optimal as adsorbent material for the treatment of waters, working with natural ferrite and diatomite. To optimize the adsorption properties of each of the materials, it was sought to adhere a carbon-derived compound such as graphene in such a way as to create synergies with its exceptional adsorption properties, already tested for the elimination of heavy metals and water pollutants. Graphene being a material investigated in recent years, which has allowed it to be developed and used to prepare structures composed of other materials, by improving their properties and optimizing the basic structural characteristics, improving the adsorption capacity on contact with pollutants; facilitating the diffusion of the contaminating molecules on the structure of the material based on graphene. This ability of graphene-based structures to remove contaminants is considered a suitable property, due to its excellent qualities for the adsorption of pollutants from the environment. To obtain graphene, graphene oxide (GO) obtained by the Hummers Offeman method was first synthesized and then the functional groups were reduced with ultraviolet irradiation; obtaining reduced graphene oxide (rGO), the sample was characterized with Raman spectrometry, Fourier transform infrared (FTIR) and X-ray diffraction (XRD), after obtaining rGO, the particle size of the ferrite was reduced by mechanical grinding to about 122 nm, While to classify the diatomite size sieves were used between 0.15 and 0.6 mm in diameter. In the preparation of the composite material the rGO is first dispersed by ultrasonic bath, then under constant stirring the material (ferrite or diatomite) is added, forming the ferrite-rGO and diatomite-rGO compounds, proposing a biomimetic approach. The elimination of lead as heavy metal was studied. Finally, it was compared which of the two composites removes more lead at a concentration of 50 ppm, obtaining that the compound of diatomite-rGO removes 99% while the ferrite-rGO a 97%.