Desarrollo de nanomateriales polimericos con retencion especifica de solutos

Abstract

La presencia de metales pesados, tales como Cd, Cr, Cu, Ni, As, Pb y Zn en cursos de aguas, debido a la contaminación antropogenica ó fuentes naturales, provoca diversas dolencias ya que pueden ser absorbidos por organismos vivos. Una vez que entran en la cadena alimentaria, grandes concentraciones de metales pesados puede acumularse en el cuerpo humano causando graves trastornos en la salud. Recientemente numerosas investigaciones han sido llevadas a cabo para encontrar materiales sorbentes más efectivos y económicos, que permitan por un lado disminuir el nivel del contaminante en agua y mejorar el efluente y por otro, sensar la concentración del contaminante en el medio de interés. En el presente trabajo de tesis se propuso desarrollar hidrogeles polirnéricos con capacidad para retener iones metálicos a través de interacciones intrínsecas y/o de la retención de quelantes orgánicos Se aplicó la síntesis combinatoria para crear una librería de hidrogeles con propiedades diferentes. Un mapeo de esta librería a partir de la determinación de coeficientes de partición de Fe r2 y un análisis colorimétrico (complejo Fe(Fen)3 2) permitió elegir el material más adecuado para la aplicación buscada Se desarrollaron sensores colorimétricos para Fe +-2, Cu y Mg+2 a partir del empleo de hidrogeles poliméricos junto con la incorporación de un ligando orgánico. Previamente fue necesario un estudio fisico-químico detallado respecto al hinchamiento de hidrogeles en solventes orgánicos y mezclas de ellos, ya que muchos de los ligandos orgánicos empleados son poco solubles ó insolubles en agua. Este estudio dio lugar al desarrollo de una nueva técnica que, a nivel general, permite incorporar cualquier molécula orgánica insoluble en agua Posteriormente luego de un paso de secado, necesario para eliminar el solvente, el material se hincha en agua. Usando este método se desarrollaron sistemas semi-interpenetrados hidrogel- PANI y se encontró que este material puede aplicarse como un interruptor térmico basado en cambios de conductividad Particularmente el sistema PAAm-50%AMPS/BFen fue extensamente estudiado para sensar Fe+2 y fue posible detectar visualmente hasta 0,1 ppm a los 15 minutos de exposición en agua Un diseño de celda UV-visible con una configuración de especial, permitió estudiar la sorción del ion Fe±2 en el interior del hidrogel por espectrofotornetría in situ y se encontró que a concentraciones mayores de 0,1 ppm, el transporte de masa está controlado por difusión Se implementó una técnica novedosa para la detección electroquímica de iones empleando una matriz de hidrogel. El sistema Fe(Fen)3+2-PAMPS resultó ser un buen sistema catalítico para oxidar electroquímicamente nitrito, aún cuando la matriz de hidrogel posee la misma carga que el ión. De forma similar, el usó de un hidrogel catiónico permite la detección de As+3 empleando un electrodo de carbono vítreo recubierto con nanopartículas de Co20 3 que actúan como catalizador. La serial electroquímica medida en el gel es cuatro veces más grande que la registrada en solución de As, dando corno resultado un incremento en la sensibilidad de la medida. Esto está de acuerdo a los altos valores de coeficientes de partición (>3000) reportados para As+5 empleando hidrogeles basados en monómero catiónico. Además es posible medir concentraciones de arsénico tan bajas como 10 ppb, cumpliendo con lo establecido por la Organización Mundial de la Salud