Decoración de óxido de grafeno con nanopartículas de Fe3O4-Ag para la remoción de metales pesados en aguas contaminadas por Pb2+ y Cu2+

Abstract

Recently, graphene oxide (GO) and its derivatives decorated with silver nanoparticles (NPsAg) and iron oxide (NPsFe3O4), are of great interest in the environmental area, since they can be applied as heavy metal removal agents, through an adsorption process. In this research, the GO-NPsFe3O4/Ag composite was prepared by in situ chemical synthesis, using the Marcano et Al. method for GO and its deposit of NPsAg and NPs Fe3O4 using a coprecipitation method with NaBH4 as a reducing agent. The removal capacity of the heavy metals Pb2+ and Cu2+ was measured from the nanomaterials. The morphological, structural, and chemical characterization of GO, GO-NPsFe3O4, and GO-NPsFe3O4/Ag was performed using the techniques of scanning electron microscopy (MEB), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet-visible (UV-Vis), and infrared spectroscopy (FT-IR). Through DRX, the presence of the phases of Fe3O4 and Ag in GO was demonstrated. MEB observations confirmed the presence of 25 nm NPs Fe3O4 and 75 nm NPsAg on Go surface, showing a spherical morphology. On the other hand, FT-IR spectroscopy results showed a decrease in the oxygenated functional groups of the GO indicative of nucleation on the surface of the NPs. Employing atomic adsorption spectrophotometry, the amount of Pb2+ and Cu2+ metals removed in water was determined, in which the effects of the absorbent dose and the contact time were studied, obtaining, as a result, a 100% removal Pb2+ by the nanocomposite GO-NPs Fe3O4/Ag and 9% for the Cu2+ in 2 hours of contact. The isotherms in the removal of Cu2+ fit the model proposed by Langmuir, predicting favorable adsorption in the form of a monolayer through chemisorption.

Recientemente, el óxido de grafeno (GO) y sus derivados decorados con nanopartículas de plata (NPsAg) y óxido de hierro (NPsFe3O4), son de gran interés en el área medioambiental, ya que pueden aplicarse como agentes removedores de metales pesados, a través de un proceso de adsorción. En esta investigación, se preparó el compósito GO-NPsFe3O4/Ag mediante síntesis química in situ, empleando el método de Marcano y Col. para el GO y su depositación de NPsAg y NPsFe3O4 mediante un método de coprecipitación con NaBH4 como agente reductor. Se midió, la capacidad de remoción de los metales pesados Pb2+ y Cu2+ de los nanomateriales. La caracterización morfológica, estructural y química de GO, GO-NPsFe3O4 y GO-NPsFe3O4/Ag se realizó por medio de las técnicas de microscopía electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos-X (DRX), espectroscopía de ultravioleta-visible (UV-Vis) y de infrarrojo (FT-IR). Mediante DRX se demostró, la presencia de las fases de Fe3O4 y Ag en la superficie del GO. Las observaciones de MEB confirmaron la presencia de NPsFe3O4 de 25 nm y NPsAg de 75 nm en GO, mostrando una morfología esférica. Por otra parte, los resultados de espectroscopía FT-IR mostraron una disminución de los grupos funcionales oxigenados del GO indicativo de una nucleación en la superficie de las NPs. Mediante espectrofotometría de adsorción atómica se determinó la cantidad de metales Pb2+ y Cu2+ removidos en agua, en el que se estudiaron los efectos de la dosis del absorbente y el tiempo de contacto, obteniéndose como resultado un 100% de remoción Pb2+ mediante el nanocompuesto GO-NPsFe3O4/Ag y un 9 % para el Cu2+ en 2 horas de contacto. Las isotermas en la remoción de Cu2+ se ajustó al modelo propuesto por Langmuir, prediciendo una adsorción favorable en forma de monocapa mediante una quimisorción.