Estudios de remoción de arsenato en sistemas acuosos mediante el uso de materiales nanoestructurados

Abstract

El arsénico (As) es un elemento traza abundante en ciertos lugares del mundo, en particular en las zonas cercanas a la Cordillera de los Andes como lo es el norte de Chile, donde la disolución del As se ve favorecida debido a las condiciones ambientales en este entorno volcánico. El arsénico presente en aguas subterráneas se mezcla con la alimentación de acuíferos a través del hielo derretido proveniente de los Andes, la cual es utilizada directamente como suministro de agua. Se estima que 1.8 de millones de personas en Chile están actualmente viviendo en áreas endémicas de arsénico, muchas de las cuales viven en zonas rurales, sin plantas de tratamiento de agua, por lo que el agua contaminada es ingerida regularmente. El objetivo principal de este trabajo consistió en estudiar el comportamiento del compósito Zeolita/nZVI (nanopartículas de hierro cero valente, por sus siglas en inglés) encapsulado por esferas de Alginato en sistemas batch y de columna continua en la remoción de arsenato en solución acuosa, para su aplicación como material para el diseño de un filtro de bajo costo. Se logró sintetizar de forma exitosa este material, el cual mostró una mayor velocidad y capacidad de sorción de arsenato (80,00 mg·g-1) que el material Z50 prístino (67,64 mg·g-1), posiblemente por el efecto de la matriz de Alginato en la estabilización del material Z50 y a la interacción entre el Alginato y arsenato. Por su parte, se comprobó que el Alginato cumple un rol importante en la cinética de sorción del As(V), aumentando el tiempo necesario para llegar al equilibrio debido a que el analito debe atravesar una nueva barrera difusiva proveniente de la estructura porosa del Alginato. Se estableció que la modificación en la síntesis del material de variables como catión gelificante, tiempo de gelificación, diámetro de las esferas y carga de Z50 en las esferas, son críticas en el proceso de sorción de arsenato. En particular, se concluyó que los valores óptimos para dichas variables fueron el uso de ZnCl2 como solución gelificante, un tiempo de residencia en la solución gelificante de 3 horas, una relación másica de Z50/Na-Alginato de 2:1 y un diámetro promedio de las esferas de 2,0 ± 0,3 milímetros. Finalmente, se verificó que el material Zn-Alg/Z50, cuyas variables de síntesis corresponden a las variables óptimas obtenidas, es capaz de remover arsenato tanto en sistemas batch como de columna continuos. En particular, se concluyó que la respuesta del material en un sistema de columna continuo indica la existencia de múltiples zonas de equilibrio, posiblemente debido a cambios en las etapas que limitan los procesos de transferencia de masa y difusión en el material. Estos resultados podrían tener un alto interés en la aplicación del material Zn-Alg/Z50 en sistemas ambientales de remoción continua de arsenato, como lo son las Barreras Reactivas Permeables, columnas industriales de tratamiento de agua y filtros de uso doméstico, no solo por sus mayores capacidades y velocidad de sorción, sino que también por la reducción de costos asociada a la síntesis del material.