Sintesis de redes poliméricas interpenetradas para la remoción de fluoruro y cadmio en solución acuosa.

Abstract

"Las redes poliméricas interpenetradas (IPN´s) son combinaciones de dos o más polímeros en forma de red, donde al menos uno de ellos es sintetizado o entrecruzado en la presencia del otro polímero. Durante la investigación se llevó a cabo la síntesis de redes poliméricas basadas en la polimerización de ácido acrílico (AA) en presencia de polietilenimina (PEI), con el objetivo de obtener materiales capaces de adsorber fluoruro y cadmio disueltos en soluciones acuosas. Uno de los objetivos principales en esta investigación, fue determinar las condiciones de síntesis óptimas, con la finalidad de obtener un material competitivo en cuanto a su capacidad de adsorción de fluoruro y cadmio con materiales comerciales. Por lo tanto, se realizó la síntesis de IPN´s se realizó con base a dos diseños de experimentos (DOE), donde se evaluaron variables como: temperatura de reacción, tipo de PEI y las relaciones en peso iniciador/AA; AA/PEI; AA/H2O. La caracterización del material se realizó ejecutando pruebas como: hinchamiento, FTIR-ATR, SEM y solubilidad. Los resultados indican que los grupos amina del PEI son capaces de reaccionar con los grupos carboxílicos de PAA dando lugar a materiales no solubles en agua. También se realizaron pruebas como: distribución de carga superficial, isotermas de adsorción y desorción de fluoruro y cadmio. La capacidad de adsorción de fluoruro fue de 10.6 mg/gmaterial a condiciones de pH= 3, T= 298 K y Ce= 628 mg F-/L. Mientras que la capacidad de adsorción de cadmio a pH 6 fue de 33 mg Cd/gmaterial a pH= 6, T= 298 K y Ce= 61 mg Cd2+/L. Los valores de capacidad de adsorción obtenidos tanto de fluoruro como de cadmio son comparables con otros materiales comerciales. Asimismo, se propuso el mecanismo de remoción de fluoruro y cadmio. En ambos casos se considera que los grupos amino tienen una fuerte influencia en los procesos de adsorción."

"Interpenetrated polymer networks (IPN´s) are combinations of two or more polymers where at least one polymer is synthesized or crosslinked in presence of the other polymer. During this research, it was carried out the synthesis of IPN´s based on polymerization of acrylic acid (AA) in presence of polyethylenimine (PEI), in order to obtain a suitable material for the fluoride and cadmium removal, which are dissolved in water. One of the main objectives, in this research, was to determine the adequate reaction conditions in order to obtain a material with a high adsorption capacity of fluoride and cadmium. In order to achieve this, the synthesis of IPN´s was carried out based on two designs of experiments (DOE), where the evaluated factors were: reaction temperature, PEI type and the weight ratios of initiator/AA and AA/PEI, AA/solvent (H2O). The material characterization was carried out in terms of: swelling, infrared spectroscopy (FTIR), solubility and scanning electronic microscopy (SEM). The obtained results show that amine groups from the PEI are able to react with carboxyl groups from PAA giving a crosslinked non water soluble material. The performance of the synthesized materials was carried out in terms of: surface charge distribution, adsorption and desorption isotherms of fluoride and cadmium. The obtained results show that fluoride adsorption capacity at pH 3 and T= 298 K was about 10.9 mg F-/gmaterial. The cadmium adsorption capacity at pH 6 and T=298 K was about 33 mg Cd2+/gmaterial. The fluoride and cadmium adsorption capacities of the IPN´s are competitive with other commercial materials. Also, the removal mechanism of fluoride and cadmium was proposed. In both cases, it is considered that amine groups have a great influence in the adsorption processes."