Síntesis de nanopartículas metálicas y su aplicación en la reducción de 4-nitrofenol por un consorcio microbiano anaerobio

Abstract

"Las nanopartículas metálicas de paladio pueden actuar como catalizadores y modificando los catalizadores con la adición de un segundo metal como el cobre aumentan el rendimiento de las reacciones. Para el tratamiento de aguas residuales se utilizan tratamientos biológicos anaerobios con los cuales se pretende remover contaminantes de los efluentes industriales. Este estudio se enfocó en la implementación de una técnica innovadora, dentro de la cual se adicionaron nanopartículas metálicas de paladio y paladio-cobre, sintetizadas químicamente, como catalizadores con la finalidad de acelerar las reacciones de degradación del p-nitrofenol dentro de un sistema biológico. Se evaluó el efecto de diferentes nanopartículas de Pd, y bimetálicas sintetizadas por dos métodos distintos (PdCu (1) y PdCu (2)), todos aplicados a una concentración de 20 ppm en los sistemas biológicos para determinar su actividad catalítica. Los sistemas se inocularon con un lodo granular anaerobio [2 g SSV/L] donde la fuente de carbono empleada fue una mezcla de etanol-lactato [1 g de DQO/L]. Todos los experimentos se realizaron en lote con un volumen de trabajo de 50 mL, temperatura de 30 °C y pH aproximado de 7.5 durante 50 horas. Los resultados obtenidos señalan que las nanopartículas de PdCu (2) presentan una actividad catalítica mayor, dando como resultado un valor de la constante de degradación (k) más alto en comparación con los demás tratamientos (k=0.1596 h-1). En todos los experimentos se obtuvo una completa reducción del p-nitrofenol, en contraste con lo obtenido para p-aminofenol, el cual fue recuperado en su totalidad únicamente en los sistemas con nanopartículas de PdCu, lo cual demuestra que la adición de cobre en el catalizador aumenta la selectividad hacia el producto deseado. Las nanopartículas obtenidas de Pd presentaron un tamaño promedio de ~10 nm; las de PdCu (1) un tamaño de ~3 nm y las de PdCu (2) tamaños alrededor de 2 - 12 nm, estos tamaños son idóneos para ser utilizados como catalizadores, debido a la gran área superficial por unidad de volumen que presentan, superficie en la cual se lleva a cabo la reacción. El presente trabajo sienta las bases para el desarrollo de un sistema de tratamiento basado en la actividad biológica de un consorcio anaerobio y en la actividad catalítica de nanopartículas metálicas para ser aplicado en la biodegradación de contaminantes presentes en aguas residuales industriales."

"For the treatment of wastewater anaerobic biological systems are used with the purpose to remove pollutants from wastewater. Palladium metal nanoparticles can act as catalysts and modifying catalysts with the addition of a second metal such as copper increase the yield of the reactions. This study focuses on the application of an innovative technique, in which chemically synthesized nanoparticles of palladium and palladium-copper were added into biological systems in order to accelerate the rate of degradation of p-nitrophenol. The effect of different nanoparticles of Pd, PdCu (1) and PdCu (2) [20 ppm] were studied aiming its catalytic activity within biological systems. The systems were inoculated with granular anaerobic sludge [2 g VSS/L] using a mixture of ethanol-lactate [1 g COD/L] as the carbon source. All the experiments were conducted in batch (50 mL), temperature of 30°C, and pH of 7.5 for approximately 50 hours. The results showed that PdCu (2) nanoparticles have a greater catalytic activity, resulting in a value of the degradation constant (k) higher as compared to the other treatments (k = 0.1596 h-1). In all the experiments a complete removal of p-nitrophenol was achieved, in contrast with the results for p-aminophenol (reduction product), which was fully recovered only in systems containing PdCu nanoparticles, demonstrating that the addition of copper in the catalyst increases the selectivity to the desired product. Pd nanoparticles obtained showed an average size of 10 nm; PdCu (1) nanoparticles a size of ~ 3 nm and the PdCu (2) nanoparticles a size between 2 - 12 nm, these sizes are suitable for use of these nanoparticles as catalysts, due to the large surface area per unit volume that exhibit, surface in which the reaction takes place. The proposed technology, based on the biological activity of anaerobic consortia and the catalytic input of metallic nanoparticles, could be a promising strategy to selectively remove pollutants from industrial wastewaters."