Síntesis de un polímero reticulado basado en γ-ciclodextrina funcionalizado con nanopartículas de CuO como potencial material para la remoción de contaminantes orgánicos en medio acuoso

Abstract

En la actualidad, existe un gran interés en generar soluciones para los problemas presentes en la sociedad. Los contaminantes orgánicos, como colorantes, son utilizados ampliamente en diversos procesos industriales, formando parte integral de las aguas residuales, causando un daño permanente en el entorno. La eliminación efectiva y rápida de estos contaminantes ha sido motivo de preocupación en todo el mundo debido a su alta toxicidad y permanencia en agua superficiales, lo que afecta al ecosistema de muchas maneras. En los últimos años, se ha estudiado el diseño y la síntesis de materiales de alta eficiencia, bajo consumo energético y rentables capaces de adsorber, separar y/o degradar varios contaminantes del agua. Por esto, se han desarrollado materiales adsorbentes, fotocatalizadores o materiales bifuncionales basados en macromoléculas y fotocatalizadores para la eliminación de diferentes colorantes. En esta tesis de magíster se busca mejorar la eficacia del material del tipo nanoesponjas y fotocatalizadores en la eliminación de colorantes, por lo que en este trabajo se utiliza un nuevo polímero reticulado basado en γ-CD (NS) y tetrafluoroftalonitrilo (TFPN) como agente reticulante funcionalizado con CuO-NPs en la eliminación de azul de metileno (AM) y la influencia de distintos parámetros como pH, tiempo de contacto, concentración inicial de AM en la capacidad de adsorción del material. Se analizaron las isotermas de adsorción y cinéticas para identificar el posible mecanismo de adsorción, la capacidad adsorbente del NS3 y NS3/CuO-NPs y el efecto de la CuO-NPs en la fotodegradación/adsorción de AM. Se confirmó la obtención de los materiales adsorbentes propuestos mediante diversas técnicas de caracterización como Espectroscopía UV-Visible, Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FT-IR), Análisis Termogravimétrico (TGA), Microscopía Electrónica de Barrido y de Transmisión de Alta Resolución (SEM y HR-TEM), Espectroscopía de Fotoelectrones Emitidos por Rayos X (XPS), Difracción de Rayos X (XRD), Análisis superficial BET.

Currently, there is great interest in generating solutions for the problems present in society. Organic pollutants, such as dyes, are widely used in various industrial processes, becoming an integral part of wastewater and causing permanent damage to the environment. The effective and rapid removal of these pollutants has been a concern worldwide due to their high toxicity and persistence in surface waters, which affects ecosystems in many ways. In recent years, the design and synthesis of highly efficient, energy-saving, and cost-effective materials capable of adsorbing, separating, and/or degrading various water pollutants have been studied. Consequently, adsorbent materials, photocatalysts, or bifunctional materials based on macromolecules and photocatalysts have been developed for the removal of different dyes. This master's thesis aims to improve the efficiency of nanosponge and photocatalyst-type materials in dye removal. For this work, a new crosslinked polymer based on γ-CD (NS) and tetrafluorophthalonitrile (TFPN) as a crosslinking agent functionalized with CuO-NPs was used for the removal of methylene blue (MB) and to study the influence of different parameters such as pH, contact time, and initial MB concentration on the material's adsorption capacity. Adsorption isotherms and kinetics were analyzed to identify the possible adsorption mechanism, the adsorption capacity of NS3 and NS3/CuO-NPs, and the effect of CuO-NPs on the photocatalytic/adsorption degradation of MB. The proposed adsorbent materials were confirmed using various characterization techniques such as UV-Visible spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning and High-Resolution Transmission Electron Microscopy (SEM and HR-TEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X ray Diffraction (XRD), and BET surface análisis