Interfases basadas en nanopartículas magnéticas con afinidad por iones metálicos en matrices complejas

La implementación de procesos de recuperación de metales pesados en la producción in- dustrial es esencial para prevenir la contaminación ambiental y generar valor agregado. Es necesaria información precisa sobre la concentración de estos metales en matrices naturales e industriales, así como la cre...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Costa, Cecilia Daniela
Otros Autores: González, Graciela Alicia
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2024
Materias:
NANOPARTICULAS MAGNETICAS
METALES PESADOS
SENSOR ELECTROQUIMICO
CEMENTADO
MAGNETIC NANOPARTICLES
HEAVY METALS
ELECTROCHEMICAL SENSOR
CEMENTATION
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7620_Costa
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description La implementación de procesos de recuperación de metales pesados en la producción in- dustrial es esencial para prevenir la contaminación ambiental y generar valor agregado. Es necesaria información precisa sobre la concentración de estos metales en matrices naturales e industriales, así como la creación de interfases para su recuperación, permitiendo su reincorporación al sistema de producción y evitando pérdidas económicas. Muchos métodos de detección son costosos o requieren operadores capacitados; por lo tanto, el desarrollo de métodos simples, rápidos y rentables es cru- cial. Este trabajo presenta el diseño y la síntesis de nanopartículas magnéticas funcionalizadas para la captación de metales en matrices industriales ácidas, usando Cu(II) y Pb(II) como cationes metálicos modelo. Se sintetizaron nanopartículas de magnetita con grupos funcionales carboxilato para favo- recer la adsorción de cationes. Primero, se realizó una extensa caracterización fisicoquímica después de cada etapa de síntesis para evaluar la funcionalización y el núcleo magnético. Luego, se estudió la capacidad de adsorción de Pb(II) en función del pH y la concentración de complejantes orgánicos simples, como Etilendiamina, Citrato y EDTA. La propiedad magnética de estas nanopartículas está subaprovechada en la bibliografía, al utilizarlas adheridas a la superficie del electrodo por secado o embebidas en una matriz polimérica. Para solucionar esto, se diseñó un electrodo magnético que permite usar las nanopartículas como adsorbentes directamente en el medio contaminado. Posteriormente, se recolectan con el electrodo magnético, quedando inmovilizadas por el campo magnético en la superficie para realizar la medida electroquímica, reduciendo tiempos y costos al evitar la acumulación electroquímica. Esta metodolo- gía se aplicó efectivamente para cuantificar Cu(II) en una muestra real de la industria de fabricación de circuitos impresos. El trabajo también presenta el uso de nanopartículas de magnetita como mediadores en el proceso de cementado de cobre sobre aluminio. Aunque termodinámicamente esta reacción ocurre espontáneamente, experimentalmente se ve obstaculizada por la rápida pasivación de la superficie de Al. Un método conocido para solucionar esto es el uso de alta concentración de ion cloruro, pero recientemente se han usado partículas de óxidos semiconductores en contacto con la superficie de Al como mediadores electrónicos. Este trabajo comparó ambos métodos, encontrando que el segundo, aunque más lento, es considerablemente más eficiente y produce un depósito de Cuo con bajo o nulo contenido de óxido. Ambas metodologías se aplicaron para la recuperación de Cu(II) de dos muestras reales de la industria de circuitos impresos, una ácida y otra alcalina.
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Muchos métodos de detección son costosos o requieren operadores capacitados; por lo tanto, el desarrollo de métodos simples, rápidos y rentables es cru- cial. Este trabajo presenta el diseño y la síntesis de nanopartículas magnéticas funcionalizadas para la captación de metales en matrices industriales ácidas, usando Cu(II) y Pb(II) como cationes metálicos modelo. Se sintetizaron nanopartículas de magnetita con grupos funcionales carboxilato para favo- recer la adsorción de cationes. Primero, se realizó una extensa caracterización fisicoquímica después de cada etapa de síntesis para evaluar la funcionalización y el núcleo magnético. Luego, se estudió la capacidad de adsorción de Pb(II) en función del pH y la concentración de complejantes orgánicos simples, como Etilendiamina, Citrato y EDTA. La propiedad magnética de estas nanopartículas está subaprovechada en la bibliografía, al utilizarlas adheridas a la superficie del electrodo por secado o embebidas en una matriz polimérica. Para solucionar esto, se diseñó un electrodo magnético que permite usar las nanopartículas como adsorbentes directamente en el medio contaminado. Posteriormente, se recolectan con el electrodo magnético, quedando inmovilizadas por el campo magnético en la superficie para realizar la medida electroquímica, reduciendo tiempos y costos al evitar la acumulación electroquímica. Esta metodolo- gía se aplicó efectivamente para cuantificar Cu(II) en una muestra real de la industria de fabricación de circuitos impresos. El trabajo también presenta el uso de nanopartículas de magnetita como mediadores en el proceso de cementado de cobre sobre aluminio. Aunque termodinámicamente esta reacción ocurre espontáneamente, experimentalmente se ve obstaculizada por la rápida pasivación de la superficie de Al. Un método conocido para solucionar esto es el uso de alta concentración de ion cloruro, pero recientemente se han usado partículas de óxidos semiconductores en contacto con la superficie de Al como mediadores electrónicos. Este trabajo comparó ambos métodos, encontrando que el segundo, aunque más lento, es considerablemente más eficiente y produce un depósito de Cuo con bajo o nulo contenido de óxido. Ambas metodologías se aplicaron para la recuperación de Cu(II) de dos muestras reales de la industria de circuitos impresos, una ácida y otra alcalina. The implementation of heavy metal recovery processes in industrial production is essen- tial to prevent environmental pollution and generate added value. Precise information on the con- centration of these metals in natural and industrial matrices is necessary, as well as the creation of interfaces for their recovery, allowing their reintegration into the production system and preventing economic losses. Many detection methods are expensive or require skilled operators; therefore, the development of simple, fast, and cost-effective methods is crucial. This work presents the design and synthesis of functionalized magnetic nanoparticles for the capture of metals in acidic industrial matrices, using Cu(II) and Pb(II) as model metal cations. Magnetite nanoparticles with carboxylate functional groups were synthesized to enhance cation adsorption. First, an extensive physicochemical characterization was performed after each synthesis step to evaluate the functionalization and the magnetic core. Then, the adsorption capacity of Pb(II) was studied as a function of pH and the concentration of simple organic complexing agents, such as Ethylenediamine, Citrate, and EDTA. The magnetic property of these nanoparticles is underutilized in the literature, as they are generally used adhered to the electrode surface by drying or embedded in a polymer matrix. To address this issue, a magnetic electrode was designed, allowing the nanoparticles to be used as adsorbents directly in the contaminated medium. Subsequently, they are collected with the magnetic electrode, becoming immobilized on the surface by the magnetic field to perform the electrochemical measurement, reducing time and costs by avoiding electrochemical accumulation. This methodology was effectively applied to quantify Cu(II) in a real sample from the printed circuit board manufactu- ring industry. The work also presents the use of magnetite nanoparticles as mediators in the cementation process of copper onto aluminum. Although thermodynamically this reaction occurs spontaneously, experimentally it is hindered by the rapid passivation of the Al surface. A known method to solve this is the use of high chloride ion concentration, but recently semiconductor oxide particles in contact with the Al surface have been used as electronic mediators. This work compared both methods, finding that the latter, although slower, is considerably more efficient and produces a Cuo deposit with low or no oxide content. Both methodologies were applied to recover Cu(II) from two real samples from the printed circuit board manufacturing industry, one acidic and the other alkaline. Fil: Costa, Cecilia Daniela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2024-10-14 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7620_Costa

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