Eliminar el mercurio del agua: nuevo adsorbente asoma como la solución

Todo indica que los investigadores de la Universidad de Drexel encontraron el adsorbente adecuado eliminar el mercurio del agua eficientemente. Según declararon, sería posible atraparlos incluso cuando está en niveles bajos; por tanto, permitiría limpiar cuerpos de agua contaminados.

El investigador principal Masoud Soroush contó que la adsorción —el proceso de atracción y eliminación química de contaminantes— parece ser la tecnología más prometedora para eliminar el mercurio del agua. La razón estaría en su relativa simplicidad.

Así, explicó que existen adsorbentes que son mejores; sin embargo, todavía tienen niveles de eficiencia bajos.

“Los adsorbentes modernos, como las resinas, la sílice mesoporosa, los calcogenuros y los carbones mesoporosos, tienen mayores eficiencias que los adsorbentes tradicionales, como el carbón activado, las arcillas y las zeolitas que tienen poca afinidad por el mercurio y bajas capacidades”, dijo.

Agregó que el problema de ellos está en la eficiencia para eliminar mercurio del agua; ya que no reducen el nivel a menos de 1 parte por billón.

Frente a ello, su equipo de investigadores exploró una alternativa para la eliminación del mercurio.

Entonces, junto a un equipo de investigadores de Soroush de Drexel y la Universidad de Temple exploraron la síntesis y el uso de un MXene de carburo de titanio modificado en la superficie para la eliminación de mercurio. MXenes es una familia de nanomateriales bidimensionales que se descubrió hace más de una década y ha demostrado muchas propiedades excepcionales.

Eliminar mercurio del agua con carburo de titanio MXene

Para la eliminación de iones de mercurio, mencionaremos algunas de las ventajas del carburo de titanio MXene: su superficie cargada negativamente; la capacidad de ajuste; y su versatilidad de la química de superficie, aspectos que lo hacen atractivo para la eliminación de iones de metales pesados.

“Sabíamos que los materiales 2D, como el óxido de grafeno y el disulfuro de molibdeno, habían sido efectivos anteriormente en la eliminación de metales pesados ​​de las aguas residuales mediante adsorción debido a sus funcionalidades/estructuras químicas que atraen iones metálicos”, dijo Soroush. “Los MXenes son un tipo de material similar. Estimamos que el carburo de titanio MXene podría tener una capacidad de adsorción mucho mayor que estos otros materiales; por tanto, lo convierte en un mejor absorbente para los iones de mercurio”.

Pero el equipo de Soroush necesitaba realizar un ajuste clave en la estructura química del carburo de titanio MXene para mejorar aún más el material para una de sus tareas más desafiantes.

“El mercurio se llama mercurio por una razón: es bastante evasivo una vez que se emite al medio ambiente. Puede ser por la quema de combustibles fósiles, la minería o la incineración de desechos”, explicó Soroush.

“Cambia rápidamente su forma química, aumentando su toxicidad y haciéndolo tremendamente difícil de eliminar de los cuerpos de agua donde inevitablemente se acumula. Entonces, para atraer iones de mercurio aún más rápido, necesitábamos modificar la superficie de las escamas de carburo de titanio MXene”, agregó.

Existe una atracción natural entre los iones de mercurio y la superficie MXene de carburo de titanio. Sucede que los iones metálicos tienen carga positiva y la superficie de los copos MXene tiene carga negativa. Sin embargo, para sacar los iones de mercurio del agua con más fuerza, el equipo necesitaba impulsar esta atracción.

Adsorción más rápida de iones de mercurio

Con la finalidad de impulsar la atracción, los investigadores trataron los copos de MXene con ácido cloroacético. Dicho proceso llamado carboxilación proporciona al MXene grupos de ácido carboxílico fuertes y altamente móviles; además, de aumentar la carga negativa de la superficie de los copos de MXene. ¿El resultado? Mejora de la capacidad de los copos para atraer y retener iones de mercurio.

El resultado fue un nuevo material adsorbente llamado carburo de titanio carboxilado MXene, que demostró una consumo de iones de mercurio más rápido. También logró una mayor capacidad que todos los adsorbentes disponibles en el mercado.

“El carburo de titanio carboxilado MXene demostró ser muy superior al material absorbente que se usa actualmente para la eliminación de iones de mercurio”, dijo Soroush. “En un minuto pudo eliminar el 95 % de los iones de mercurio de una muestra de agua contaminada con una concentración de 50 partes por millón, lo que significa que podría ser lo suficientemente eficaz y eficiente para su uso en el tratamiento de aguas residuales a gran escala”.

En cinco minutos, el carburo de titanio MXene y el carburo de titanio carboxilado MXene eliminaron el 98 % de los iones de mercurio de una muestra de agua de 10 mililitros contaminada con iones de mercurio en concentraciones entre 1 y 1000 partes por millón.

Adsorbentes efectivos para eliminar mercurio del agua

“Esto indica que tanto [MXene] como [MXene carboxilado] son ​​adsorbentes efectivos para eliminar los iones de mercurio de las aguas residuales debido a sus propiedades estructurales especiales y la alta densidad de grupos funcionales de la superficie”, escribió el equipo en un artículo publicado en el Journal of Hazardous Materials. .

“Generalmente, el mecanismo de adsorción de los iones metálicos sigue dos pasos; al principio, los iones se adsorben rápidamente en los sitios activos disponibles y el proceso es rápido. La adsorción avanza más lentamente a medida que se llenan los sitios de adsorción y se requiere que los iones se difundan en los poros y la capa intermedia”.