Síntesis de microcápsulas poliméricas adsorbentes y silicato de calcio nano-estructurado para su aplicación integrada en la extracción de cadmio(II) y cromo(VI) desde aguas contaminadas

Abstract

En esta Memoria de Título se estudió la remoción de los metales pesados Cr(VI) y Cd(II), desde soluciones acuosas que simulan aguas contaminadas, mediante un proceso de adsorción a) en microcápsulas poliméricas que retienen en su interior extractantes orgánicos no-específicos y b) mediante el empleo de compuestos de silicato de calcio nano-estructurados. La síntesis de las microcápsulas se realizó mediante un método de polimerización radicalaria in situ a partir de los monómeros estireno y etilenglicol-dimetacrilato y los extractantes PC–88A (un ácido alquilfosfónico) y Aliquat 336 (una sal de amonio cuaternaria). El proceso de remoción de estos iones metálicos desde las soluciones acuosas que los contienen estaría regido por un proceso de quimisorción sobre la superficie de las microcápsulas, mediante reacciones químicas de intercambio iónico del extractante ácido con los cationes Cd(II) y de Aliquat 336 con las especies aniónicas de Cr(VI). Los compuestos nano-estructurados de silicatos de calcio se prepararon a través de una síntesis sencilla y de bajo costo a partir de Na2SiO3 líquido y Ca(OH)2, que genera una nano-estructura que presenta una gran área superficial y que permite la remoción de varios iones metálicos catiónicos mediante los grupos hidróxilos y poli-silanoles formados y que también posibilitaría la remoción de ciertos aniones mediante los iones Ca2+ generados. Tanto las microcápsulas sintetizadas como los silicatos de calcio preparados fueron caracterizados física, química y morfológicamente, empleando diferentes metodologías analíticas, incluidas la de microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Finalmente, se procedió a efectuar una serie de pruebas de adsorción metalúrgica con ambos tipos de adsorbentes, mediante contacto con soluciones acuosas que presentan diferentes contenidos de varios cationes y aniones y que simulan riles industriales. Se llevaron a cabo pruebas de adsorción tanto en reactores discontinuos en batch como en columnas continuas, monitoreándose el grado de adsorción mediante análisis de los iones metálicos durante el proceso mediante espectrofotometría de absorción atómica. En términos generales se puede concluir que ambos tipos de compuestos adsorbentes (las microcápsulas poliméricas y los compuestos nano-estructurados) resultaron ser muy eficientes y complementarios entre sí, lo que las convierte en alternativas interesantes y atractivas para el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con variados tipos de polutantes iónicos.

In this work was studied the removal of heavy metals Cd(II) and Cr(VI) from aqueous solutions that simulate polluted wastewaters, using an sorption process by means of a) polymeric microcapsules that retain in their structures non-specific organic extractants and b) using nano-structured calcium silicate compounds. The synthesis of microcapsules was conducted by means of an in situ radicalary polymerisation process using the monomers styrene and ethylene glycol dimethacrylate and the extractants PC–88A (an alkyl phosphonic acid) and Aliquat 336 (a quaternary ammonium salt). The uptake process of these metallic ions from the aqueous solutions would be governed by a chemisorption mechanism onto the surface of the microcapsules through ion-exchange chemical reactions of the acid extractant with the Cd(II) ions and that of Aliquat 336 with the anionic species of Cr(VI). The nano-structured calcium silicate compounds were prepared using a simple and low-cost process using as initial reagents liquid Na2SiO3 and Ca(OH)2. The synthesis generates a nano-structure having a huge surface area and that allows the removal of several metallic cations through the formed hydroxil and poly-silanol groups and that would also permit the uptake of some anions by means of the produced Ca2+ ions. The microcapsules and the calcium silicates were characterized from a physical, chemical and morphological point of view using different analytical methodologies including the use of scanning electronic microscopy and X-rays difraction. Afterwards, it were conducted several metallurgical sorption tests with both types of sorbents by contacting them with aqueous solutions having different contents of several cations and anions, which simulate industrial wastewaters. The sorption tests were conducted using in batch-reactors and using continuous columns, being the extent of the process monitored by analyzing the concentration of the metallic ions by atomic absorption spectrophotometry. As a global conclusion, it can be said that both sort of sorbents (the polymeric microcapsules and the nano-structured calcium silicates) are very efficient and complementary between them, which turn them in interesting and attractive alternative methodologies to be employed in the treatment of industrial wastewaters contaminated with various types of ionic pollutants.