Preparación de papel de óxido de grafeno para aplicaciones en tratamiento de aguas

Abstract

En el próximo siglo la falta de agua se hará presente en todo el mundo, provocado principalmente por un incremento en el consumo por parte de la agricultura, la industria y la producción de energía; causando un efecto dominó que incrementará los efluentes no tratados y acrecentando el riesgo de polución de las reservas de agua, lo que generará una mayor escasez de este recurso. Debido a lo anterior, se hace necesario elaborar nuevos materiales multifuncionales que puedan tratar el agua, evitando que la contaminación por microorganismos, orgánicos, iones de metales pesados, entre otros siga, aumentando. Un componente utilizado en estos nuevos materiales es el óxido de grafeno (GO), debido a sus buenos resultados en esta área. El objetivo de este trabajo es preparar y caracterizar papel de GO y papel de GO con quitosano (CS) y estudiar sus estructuras, capacidades de adsorción de un contaminante soluble (azul de metileno, MB) y efecto antimicrobiano contra dos bacterias (E. coli y S. aureus). Para ello, se sintetiza GO mediante una modificación del método de Hummers y se preparan los papeles. La caracterización se realiza por los métodos de XRD, FTIR, espectroscopia Raman, SEM y EDS. Finalmente, se comparan las propiedades de adsorción y antimicrobianas. Como resultado se logró preparar un papel de GO y uno híbrido, y a través de las caracterizaciones se observó que: tienen una estructura laminada ordenada y que el CS permea el acoplamiento de hojas de GO, uniéndose por medio de enlaces de hidrógeno, principalmente. Estas láminas poseen una capacidad máxima de adsorción del pigmento (q_m) de 370,4 y 103,1 [mg/g], respectivamente. Por otro lado, la reducción de colonias de E. coli a causa del contacto de estas con el papel de GO y el híbrido fue de 22±5 y 30±2 [%], respecto al control. Por otro parte, para S. aureus los valores fueron 56±2 y 53±5 [%]. Para las dos bacterias existieron diferencias significativas de los papeles respecto al control (sin material antimicrobiano), pero no entre ellos. Se concluye que se pudieron desarrollar dos métodos simples para preparar papeles de GO y de GO/CS, los que pueden adsorber colorantes y tiene propiedades antimicrobianas. Sobre la primera función, el papel híbrido posee una capacidad de adsorción máxima menor de MB porque tiene menos GO por [mg] de material y por la protonación de grupos anima del CS, que repelen al colorante. Por otro lado, en el ensayo de microbiología se utilizaron láminas cuadradas de 1 [cm^2], con las que el papel híbrido tuvo un [%] mayor o similar de reducción de colonias que el papel de GO, a pesar de que estos últimos tuviesen una masa ~40 [%] mayor que la de los de GO/CS. Como proyección, se podría utilizar grafito de láminas más grandes para comprobar si este facilita la preparación de láminas de papel de mayor tamaño.