Estudio del grado de oxidación de materiales microporosos para el anclaje de hidro(óxidos) de hierro: remoción de arsénico

Abstract

"A raíz de los problemas de escasez de agua se han realizado extracciones en acuíferos de mayor profundidad. Sin embargo, estos acuíferos presentan un alto contenido de especies inorgánicas que afectan la calidad del agua. Uno de estos contaminantes es el arsénico, el cual es altamente tóxico a concentraciones muy bajas. En el 2002, la Organización Mundial de la Salud estableció una concentración máxima permisible de arsénico en agua potable menor a 10 μg·L-1. Estas concentraciones implican que las tecnologías de remoción se vuelvan costosas y por lo tanto inaccesibles para todos los países. Por lo anterior, se han hecho diversos estudios para la remoción de arsénico mediante la técnica de adsorción. Muchos adsorbentes han sido utilizados, pero el que se ha encontrado como altamente selectivo para arsénico es un material a base de carbono impregnado con nanopartículas de hierro. Diversos estudios se han enfocado en encontrar el mecanismo de anclaje del hierro dentro de los poros del carbón activado, indicando que los grupos oxigenados presentes en la superficie de este adsorbente, son el sitio de nucleación para los hidro(óxidos) de hierro. El objetivo de este trabajo fue determinar el grado de oxidación ideal de un material a base de carbón para el anclaje de una mayor cantidad de hierro y por ende obtener un adsorbente con una elevada capacidad de remover arsénico. Este material es altamente microporoso, lo que también nos permitió estudiar la interacción que existe entre los hidro(óxidos) de hierro y el arsénico. Los resultados indican que el material es viable para su utilización en tratamiento de agua para consumo humano, ya que su contenido de cenizas es de 5.6% cuando el material contiene hierro. En cuanto a los resultados de adsorción de arsénico (V), se determinó que a mayor grado de oxidación, mayor acidificación del material y por lo tanto una carga superficial mayormente negativa de este, lo que influye en el proceso de remoción de aniones arseniato presentes en solución. El material comercial sin oxidar modificado con 4.5 % de hierro, reportó la mayor capacidad de adsorción de arsénico (V), el cual tiene una carga superficial positiva. Estos resultados nos indican que el proceso de adsorción se ve afectado por la carga superficial del material adsorbente y por el contenido de hierro presente en este material."

"As a result of water shortages, water extractions have been performed from deeper aquifers. However these aquifers have a high content of inorganic species that affect water quality. One of these pollutants is arsenic, which is highly toxic at very low concentrations. In 2002, the World Health Organization established a maximum allowable concentration of arsenic in drinking water of less than 10 mg • L-1. Unfortunately, to reach these low concentrations in water costly technology is required, which is inaccessible for many countries. Therefore, various studies have been proposed to remove arsenic by the adsorption process. Many adsorbents have been used, but it has been found that carbon-based materials impregnated with iron hydro(oxides) nanoparticles are highly selective for arsenic. Several studies have been focused on understanding the anchoring mechanism of iron on pores of activated carbon. Results have indicated that the oxygen groups on the adsorbent surface are the nucleation sites for iron hydro(oxides). The objective of this study was to determine the most suitable oxidation degree of a microporous carbon-based material to anchor a high amount of iron and thus increase its arsenic (V) removal. Since this material is highly microporous, allowed us to study the interaction between iron hydro(oxides) and arsenic. The results indicated that the iron-modified material is suitable to purify water for human consumption, since its ash content is 5.6%. Regarding the arsenic (V) adsorption results, it was determined that the higher the oxidation degree of the adsorbent, the stronger the acidification of this, and therefore, the adsorbent´s surface charge became more negative, which influenced the arsenic adsorption process. Commercial unoxidized material modified with 4.5% of iron and which has a positive surface charge, reported the highest arsenic (V) adsorption capacity. These results indicated that the arsenic adsorption process is affected by the surface charge and iron content of the adsorbent material."