Síntesis de nanopartículas de hierro depositadas sobre nanotubos de carbono y su aplicación en la remoción de arsénico

Abstract

Arsenic is a highly toxic element, and its concentration in drinking water causes severe human health problems. Arsenic in the environment has been a major cause of contamination in both surface and groundwater. It is therefore important to propose the use of new technologies for the remediation of arsenic-contaminated water. Arsenic adsorption requires efficient and economical adsorbents, so iron oxides are the most commonly used adsorbents to remove arsenic from the aqueous environment, due to their high adsorption capacity, accessibility and low cost. For the synthesis of the iron nanoparticles, the precursor used was Iron (III) nitrate nonahydrate (Fe(NO3)3*9H2O), dioctyl sodium sulfosuccinate (AOT) as a surfactant and sodium borohydride (NaBH4) as a reducing agent. Multi-wall carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by the pyrolytic dew method using alpha-pinene as a carbon source and ferrocene as a catalyst. CNT was purified and functionalized by conventional acid treatment. The materials produced were characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Atomic absorption spectrophotometry (AA) was used to perform the arsenic removal assessment of aqueous solutions, varying retention time. Carbon nanotubes with iron nanoparticles were found to have a higher removal capacity compared to functionalized CNTs.

El arsénico es un elemento con alto nivel de toxicidad, la concentración de éste en el agua potable provoca problemas severos a la salud humana. La presencia de arsénico en el medio ambiente ha sido una de las principales causas de contaminación en aguas superficiales y subterráneas. Por lo anterior, es importante proponer el uso de nuevas tecnologías para la remediación del agua contaminada con arsénico. La adsorción de arsénico requiere de adsorbentes eficientes y económicos, por lo cual los óxidos de hierro son los adsorbentes más utilizados para eliminar arsénico del medio acuoso, debido a su alta capacidad de adsorción, accesibilidad y bajo costo. Para la síntesis de las nanopartículas de hierro se utilizaron como precursor el nitrato férrico nonahidratado (Fe(NO3)3*9H2O), dioctil sulfosuccinato de sodio (AOT) como agente tensoactivo y borohidruro de sodio (NaBH4) como agente reductor. Los nanotubos de carbono de pared múltiple (NTC) fueron sintetizados por el método de rocío pirolítico utilizando alfa-pineno como fuente de carbono y ferroceno como catalizador. Los NTC se purificaron y funcionalizaron mediante un tratamiento ácido convencional. Los materiales producidos se caracterizaron mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y difracción de rayos X (XRD). Para realizar la evaluación de la remoción de arsénico de las soluciones acuosas se utilizó espectrofotometría de absorción atómica (AA) haciendo variar el tiempo de retención. Se encontró que los nanotubos de carbono con nanopartículas de hierro presentan una mayor capacidad de remoción en comparación con los NTC funcionalizados.