Efecto del Mn en el hábito cristalino de los (oxi)hidróxidos de hierro anclados en carbón activado: adsorción de As(V)

Abstract

"Se anclaron (oxi)hidróxidos de hierro sobre la superficie del carbón activado por medio de un proceso hidrotermal asistido por microondas (M-H) para incrementar su capacidad de adsorción del arsénico en solución acuosa. El carbón activado modificado y sin modificar fue caracterizado mediante fisisorción de N2, digestión ácida, titulación potenciométrica, TGA, XRD y SEM. Los resultados mostraron que el área específica de los materiales adsorbentes se mantuvo entre un rango de 703.94 y 796.49 m2 g-1. El contenido de hierro en los materiales etiquetados como F400, Mn-F400, Fe-F400, Fe:Mn-0.02M, Fe:Mn-0.2M, Fe:Mn-1M, Fe:Mn-1.5M y Fe:Mn-2M fue de 0.42, 0.27, 2.51, 1.39, 1.48, 1.76, 2.47 y 3.45% en peso, respectivamente. Los valores de pHPZC para F400, Fe:Mn-2M, Fe-F400 y Mn-F400 fueron 9.02, 4.61,4.62 y 4.82, respectivamente. La distribución de grupos funcionales de Fe:Mn-2M mostró un incremento en los grupos funcionales carboxilos y fenólicos, en comparación con F400. Se identificaron las estructuras cristalinas de las fases presentes en los (oxi)hidróxidos de hierro más estables termodinámicamente, hematita y goethita, no se reportó ninguna fase de Mn. Los estudios de SEM mostraron en Mn-F400 y Fe-F400 hábitos cristalinos en forma de acículas, propias de las fases cristalinas de goethita y hematita. La adición de Mn(II) en Fe:Mn-2M reveló hábitos cristalinos en forma de estrella, cuasi-esferas, erizo y fibrillas interconectadas promovidas por la formación del maclado. Los experimentos de adsorción sugieren que la capacidad de adsorción depende de la concentración de Fe:Mn y no del tiempo de síntesis. El material Fe:Mn-2M mostró una capacidad de adsorción de arsénico (5.9 mg g-1) mayor a otros carbones activados modificados con (oxi)hidróxidos de hierro reportados en la literatura. El modelo de Langmuir presentó el mejor ajuste a los datos experimentales de las isotermas de adsorción, obteniéndose un valor de R2 de 0.95 para F400 y 0.97 para Mn-F400, Fe-F400 y Fe:Mn-2M. Finalmente, el efecto del pH indicó que la remoción de arsénico del carbón activado modificado con (oxi)hidróxidos de hierro es conducido principalmente por el intercambio de ligandos y no por las atracciones electrostáticas."

"In this work, iron oxyhydroxides were anchored onto activated carbon by means of a microwave assisted hydrothermal process (M-H) to increase its arsenic adsorption. Pristine and iron modified activated carbons were characterized by N2 phisisorption, acidic digestion, potentiometric titration, TGA, XRD and SEM. The results showed that the materials surface area remained in the range from 703.94 to 796.49. Iron content of F400, Mn-F400, Fe-F400, Fe:Mn-0.02M, Fe:Mn-0.2M, Fe:Mn-1M, Fe:Mn-1.5M and Fe:Mn-2M was 0.42, 0.27, 2.51, 1.39, 1.48, 1.76, 2.47 y 3.45 %, respectively. pHPZC values for F400, Fe:Mn-2M, Fe- F400 and Mn-F400 were 9.02, 4.61,4.62 y 4.82, respectively. Fe:Mn-2M presented an increment in carboxylic and phenolic groups, compared with F400. Furthermore, XRD analysis indicated the presences of Hematite and Goethite, which are the most thermodynamic stable iron phases, also no Mn phases were found. SEM studies showed needles shapes nanoparticles on Mn- F400 and Fe-F400. This morphology is typical of Hematite and Goethite. Moreover, the addition of Mn(II) during iron anchorage disclosed various crystalline habits such star, quasi-sphere, urchin and interconnected branches shapes. These morphologies could be promoted by a twinning effect. The Fe:Mn-2M micrograph showed an homogenies distribution of iron oxyhydroxides, detected by backscattered electrons. On the other hand, the adsorption experiments suggest that the adsorption capacity depends of the Fe:Mn concentration, and synthesis time did not have effect. Fe:Mn-2M material showed a higher adsorption capacity (5.9 mg g-1) than others modified activated carbon reported in the literature. The Langmuir model best fit the adsorption experimental data in all materials, obtaining R2 values of 0.95 for F400 and 0.97 for Mn-F400, Fe-F400 and Fe:Mn-2M. Finally, the pH effect indicated that the arsenic removal with iron modified activated carbons is mainly conducted by ligands interchange and not by electrostatic attractions."