Adsorción de especies de arsénico en estructuras de imidazolato zeolíticas modificadas. Un estudio químico cuántico computacional

Abstract

En este trabajo se estudiaron las interacciones electrónicas entre las especies As(III) y As(V) con una serie de estructuras de imidazolato zeoliticas (ZIF-8) con y sin defectos, utilizando cálculos periódicos de química cuántica computacional que implementa la teoría del funcional de densidad. Los defectos generados son: una vacancia de ligando, dos hidroxilos coordinados a los metales expuestos y dos dióxidos de azufre en los metales expuestos. La estructura con los metales expuestos disminuye la capacidad de adsorción debido a la reducción del 10% del área de la ventana y a su baja energía de interacción, mientras que la estructura con los grupos hidroxilo reduce en 7.82% el área de la ventana, pero presenta una quimisorción para ambas especies, -37.20 kcal/mol con el As(V) y -27.55 kcal/mol para el As(III), permitiendo su regeneración. Esto hace a la estructura ZIF-8 con hidroxilos la más adecuada para la remoción de las especies As.

Computational chemistry calculation for periodic systems, through density functional theory, were performed to study the electronic interactions between arsenic species —As(III) and As(V)—, and a series of zeolitic imidazolate frameworks with and without defects. These defects are: a linker vacancy leaving open metal nodes, two hydroxyl groups filling the open metal nodes, and two sulfur dioxides filling the open metal nodes. The structure with the open metal defects diminishes ZIF-8 adsorption capacity, reducing 10% the window area and delivering a weak electrostatic interaction. In contrast, the structure with hydroxyl groups is the most suitable for the As species removal; although it reduces the window area by 7.82%, it shows a chemisorption energy of -37.20 kcal/mol for As(V) and -27.55 kcal/mol for As(III), these energies are small enough to allow the material regeneration.