Estudio físico-químico de nanopartículas de TiO2, TiO2 - Fe y TiO2 impregnadas en carbón activado para la remoción de arsénico

Abstract

Esta tesis inicia con la síntesis de tres grupos de agentes de remoción; nano- partículas de dióxido de titanio (TiO2), dióxido de titanio modificado con hierro (TiO2 — Fe2+) y dióxido de titanio impregnado en carbón activado (TiO2 — CA), por el método de Sol-Gel asistido por ultrasonido. Como segundo paso fue la ca¬racterización estructural y morfológica de estos grupos. Como último paso fue el estudio de la capacidad de remoción de arsénico (As) por adsorción. El proceso de síntesis del TiO2 tuvo como inicio el isopropóxido de titanio, cu¬ya fórmula química es C12H28O4Ti, que fue disuelta en etanol para luego estar en un baño de radiación ultrasónica por un periodo de 3 horas, y finalmente las nanopartículas fueron sinterizadas por 1 hora a 350°C. El material obtenido fue caracterizado por difracción de rayos X obteniendo como resultado la fase anatasa del dióxido de titanio, y un dominio cristalino promedio de 10 nm. El estudio morfológico se realizó por microscopia electrónica de barrido, obteniendo conglo¬merados cristalinos con forma esférica y diámetros entre 200 y 300 nm. La modificación del TiO2 con hierro (TiC2 — Fe2+) se realizó empleando soluciones de sulfato de hierro pentahidratado (FeS047H20) a diferentes concentraciones. Se logró verificar que se obtuvo un compósito entre TiO2 y Fe por Espectroscopia de Energía Dispersiva, obteniéndose una distribución heterogénea del hierro en el Ti02. La obtención del material compuesto carbón activado-oxido de titanio (TiO2 — CA) se realizó por el método de Sol-Gel asistido por sonoquímica usando isopropóxido de titanio y carbón activado comercial en diferentes relaciones de volumen-peso, en una solución alcohólica. Se pudo observar por microscopia electrónica de ba¬rrido un contraste de grises en la superficie del carbón activado y se presume que es una película de TiO2 sobre la superficie del carbón activado. La evaluación de la eficiencia de la adsorción de Arsénico se realizó para tres dife¬rentes sistemas: nanopartículas de TiO2, nanopartículas de TiO2 modificadas con hierro (TiO2 — Fe2+) y el material con carbón activado (TiO2 — CA). El proceso se realizó iluminado la solución con radiación UV, una lámpara Osram Vitalux, y con agitación constante. La cuantificación de la remoción de arsénico se realizó por espectrometría de absorción atómica con horno grafito. Los resultados de remoción de arsénico mostraron una excelente capacidad de remoción de los tres grupos estudiados. Las nanopartículas de TiO2 bajo la influencia de luz UV remueven más de 97% en tan solo 5 min demostrando una rápida remoción. Las nanomáquinas de TiO2 modificadas con Fe y bajo la influencia de la luz UV remueven prácticamente el 100% de arsénico al cabo de una hora superando a las nanopartículas de TiO2 a las mismas condiciones, pues estas llegan a remover un porcentaje de 98% en 5 min. La mejor muestra del grupo de TiO2 — CA logró remover más del 94% de arsénico en 5 min y prácticamente el 100% en una hora.