Preparación y evaluación de bentonita intercalado con óxido de hierro para la remoción de arsénico en aguas contaminadas

Abstract

La presencia de arsénico en el medio ambiente tiene cada vez más importancia debido a su toxicidad hacia los organismos vivos. Constantemente se informan nuevos métodos para reducir la presencia de este elemento en el medio ambiente, así como para minimizar el impacto nocivo del mismo. El arsénico se encuentra de forma orgánica e inorgánica en la biósfera, siendo sus formas inorgánicas, el As(V) y As(III), las más tóxicas. Además de la lixiviación natural, la actividad antropogénica, principalmente la minería, ha contribuido a aumentar la concentración de As disuelto en acuíferos y aguas subterráneas en la macrozona norte de Chile. Existe una gran exposición de la población de esa zona a tales contaminantes a través del consumo diario o la exposición prolongada a fuentes de agua. El aumento de enfermedades cardiovasculares fuertemente relacionado con esta exposición. Por ello, el estudio de nuevas herramientas para mitigar y reducir la cantidad de As en el agua potable en una necesidad imperiosa. Diversos estudios han sido documentados para la captura de As, utilizando diferentes métodos como precipitación/floculación, intercambio iónico, osmosis inversa, electrodiálisis y adsorción, siendo este último de gran interés para la comunidad científica y el potenciar mecanismos y estudios que logren adsorber el As. Este trabajo se enfoca en el uso de las arcillas como la bentonita para la adsorción y remoción de As ya que ha sido documentado su afinidad con este tipo de minerales. Además, estudios previos nos indican que el As tiene una interesante afinidad con el Fe, especialmente con los óxidos de hierro como la magnetita y la hematita. El objetivo de este estudio es llevar a cabo la intercalación de bentonitas con óxidos de hierro para potenciar su capacidad de adsorción de As2O3 a nivel de laboratorio. Se utilizó bentonita Sigma Aldrich como arcilla base. Se purificó y activó con Na denominada CBent para ser utilizada en la preparación y síntesis de compositos de bentonita-Na con los óxidos de hierro Fe2O3 y Fe3O4 e identificadas como CHema y CMagne respectivamente. Se realizaron estudios de XRD, IR y SEM para su caracterización. Los resultados de XRD mostraron que no fue posible la intercalación, sin embargo; se formó una mezcla o composito de bentonita con hematita y magnetita. Se realizaron pruebas de adsorción con el kit de As Merck para evaluar la adsorción y compararla con las normas chilenas vigentes mostrando la efectividad y el verdadero cumplimiento. Además, se realizaron espectros de adsorción infrarroja para la caracterización de los compositos con As. Por último, se estudió el proceso de adsorción determinando la capacidad de adsorción de los compositos a diferentes concentraciones de As en la solución determinados con el método de azul de molibdeno. Los resultados cumplen con la hipótesis ya que absorbe 93.57% en CHema y 91.45% en CMagne de As mostrando que CHema tiene mayor capacidad de adsorción que CMagne. Se estudió cuál isoterma representa mejor el efecto de adsorción entre los modelos de Langmuir y Freudlich, ajustándose mejor el modelo de Langmuir.

The presence of arsenic in the environment is becoming increasingly important due to its toxicity to living organisms. Studies are constantly being reported to develop new methods to reduce the presence of this element in the environment, as well as to minimize its harmful impact. Arsenic is found in organic and inorganic forms in the biosphere, being its inorganic forms, As(V) and As(III), the most toxic. In addition to natural leaching, anthropogenic activity, mainly mining, has contributed to increasing the concentration of dissolved As in aquifers and groundwater in the northern Chilean macrozone. There is a large exposure of the people in that area to such contaminants through daily consumption or prolonged exposure to water sources. The increase in cardiovascular diseases strongly related to this exposure. Therefore, the study of new tools to mitigate and reduce the amount of As in drinking water is an urgent need. Various studies have been documented for the capture of As, using different methods such as precipitation/flocculation, ionic exchange, reverse osmosis, electrodialysis and adsorption, this last is being of great interest to the scientific community and promoting mechanisms and studies that manage to adsorb As. In this work, is focuses on the use of clays such as bentonite for the adsorption and removal of As since its affinity with this type of mineral has been documented. In addition, previous studies indicate that As has an interesting affinity with Fe, especially with iron oxides such as magnetite and hematite. The objective of this study is to carry out the intercalation of bentonites with iron oxides to enhance their adsorption capacity. Purified and Na-activated bentonite called CBent was used as a base for the preparation and synthesis of CMagne and CHema. XRD, FTIR and SEM studies were performed for their characterization. The XRD results showed that intercalation could not be possible, however, a mixture or composite of bentonite with hematite and magnetite was formed. Absorption tests were carried out with the As Merck kit to evaluate the absorption and compare it with the current Chilean standards, showing the effectiveness and true compliance. In addition, infrared absorption spectra were performed for the characterization of the composites and with As. Finally, absorption tests determined with the molybdenum blue method were submitted. The results comply with the hypothesis since it absorbs 93.57% in CHema and 91.45% in CMagne de As, showing that CHema has a greater adsorption capacity than CMagne. Besides, It was concluded which isotherm best represents the adsorption effect between Langmuir and Freudlich’s models, with Langmuir’s model the best.