Síntesis y caracterización de materiales de bismuto y su aplicación en la remediación de agua contaminada

Abstract

"Hoy en día, actividades a nivel industrial como la minería, obtención y quema de combustibles fósiles, la producción de fertilizantes u aditivos en la industria agrícola, entre otros, lleva a que la concentración de arsénico en el agua aumente gradualmente con el paso del tiempo, siendo una consecuencia contraproducente cuando esta se consume diariamente. Debido a esto, las normas que establecen el límite máximo permisible de concentración de arsénico (OMS: 0.010 mg/L; NOM-127-SSA1-1994, México: 0.025 mg/L) son excedidos en diferentes regiones del mundo y esto ha afectado a millones de personas en el mundo. Localmente en México, en varios estados del país como Zacatecas, San Luis Potosí, Coahuila, etc., se han reportado altos niveles de arsénico en efluentes de agua contaminada. Por esta razón, se han desarrollado diferentes técnicas y materiales de modo que se puedan optimizar y mejorar los procesos de remoción de este contaminante buscando que sean más eficientes, de bajo costo y fáciles de emplear. En este estudio se sintetizaron compuestos de bismuto a partir de Bi(NO3)3 y usando diferentes ácidos. Por XRD se identificaron las fases bismoclita (BiOCl) y daubreita (BiOCl0.5(OH)0.5) que poseen sistemas cristalinos tetragonales. En SEM y TEM se observaron partículas de forma laminar con un tamaño aproximado entre 100 y 150 nm. Por espectroscopía RAMAN y FTIR, se identificaron las interacciones entre diferentes elementos que constituyen los materiales. El compuesto con mayor porcentaje de fase daubreita fue evaluado en pruebas de adsorción de As(V) donde se realizaron isotermas, cinética y efecto de pH, en soluciones de 5 mg·L-1 como valor estándar, a temperatura ambiente (23°C) y a diferentes pH (de 5 a 9). Para este compuesto se registró una capacidad de adsorción 12.45 mg As·L-1 con un área superficial de 53.5 m2·g-1 y con punto de carga cero a pH=7.4. El material fue capaz de remover cerca del 40% de As(V) durante los primeros 30 minutos después de haber sido expuesto. Dado estos resultados, se asume que los compuestos de bismuto con fase daubreita son potenciales materiales adsorbentes de As(V)."

"Today, activities at the industrial level such as mining, obtaining and burning fossil fuels, production of fertilizers or additives in the agricultural industry, among others, lead to the concentration of arsenic in the water which gradually increases over time, being a counterproductive consequence when consumed daily. Due to this, the norms that establish the maximum allowed limit of arsenic concentration (WHO: 0.010 mg L-1 ; NOM-127-SSA1-1994, Mexico: 0.025 mg L-1 ) are exceeded in different regions of the world and this has affected millions of people in the world. Locally in Mexico, in several states of the country such as Zacatecas, San Luis Potosí, Coahuila, etc., high levels of arsenic have been reported in contaminated water effluents. For this reason, different techniques and materials have been developed so that the processes of removal of this contaminant can be optimized and improved looking for them to be more efficient, low cost and easy to handle. In this study bismuth compounds were synthesized from Bi(NO3)3 by using different acids. By XRD the daubreeite (BiOCl0.5(OH)0.5) and bismoclite (BiOCl) phases containing tetragonal crystalline systems were identified. In SEM and TEM, laminar-shaped particles with a specific size between 100 and 150 nm were observed. The interactions between different elements that specify the materials were identified by Raman and FTIR spectroscopy. The compound with the highest percentage of daubreeite phase was evaluated in adsorption tests of As(V) where isotherms, kinetics and pH effects were realized with 5 mg·L-1 As(V) solutions as standard value, at ambient temperature (23 °C) and at different pH (ranging from 5 to 9). For this compound an adsorption capacity of 12.45 mg As·L-1 is recorded with a surface area of 53.5 m2 ·g-1 and with a zero charge point at pH = 7.4. This material was able to remove about 40% of As(V) during the first 30 minutes after being exposed. Given these results, these confirm that the bismuth compounds with daubreeite phases are As(V) adsorbent material compounds. "