Estudio teórico-experimental de la adsorción en estado acuoso de arsénico sobre la MOF FeBTC

Abstract

Con el objetivo de combatir la contaminación de metales pesados en el agua, en este trabajo se proponen dos materiales tipo MOF, la FeBTC y el compósito de FeBTC incorporado con nanopartículas de magnetita (Fe₃O₄-FeBTC), ambos sintetizados mediante el método simple en síntesis solvotermal. La obtención de estos materiales se confirmó mediante su caracterización por difracción de rayos-X, espectroscopia infrarroja, espectroscopia Raman y adsorción-desorción de nitrógeno. Los estudios cinéticos demostraron una buena descripción del fenómeno mediante el modelo de pseudo-segundo orden con un tiempo de equilibro alrededor de 100 min. A través de las isotermas de adsorción se determinó una transición energética de la superficie que favorece el proceso de adsorción al ser incorporadas nanopartículas de magnetita. Posteriormente, fue posible concluir que el fenómeno de fisisorción del metal en ambas MOF es quien gobierna el proceso. Lo anterior se confirmó al realizar el estudio termodinámico y fue corroborado mediante los ciclos de reutilización de los materiales y recuperación del metal. Finalmente, los estudios teóricos demuestran una interacción de la molécula de arsenito en los centros metálicos expuestos, evidencia confirmada mediante la caracterización después del proceso de adsorción mediante espectroscopia Raman.

The principal objective of this work is to combat heavy metal contamination in water. Therefore, we propose two MOF-type materials FeBTC and the FeBTC composite, incorporated with magnetite nanoparticles (Fe₃O₄-FeBTC). Both synthesized employing the simple method in solvothermal synthesis. Their characterizationconfirmed obtaining these materials through X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and nitrogen adsorption-desorption. The kinetic studies demonstrated a good description of the phenomenon using the pseudosecond- order model with an equilibration time of around 100 min. Through the adsorption isotherms, an energy transition of the surface was determined that favors the adsorption process when the magnetite nanoparticles were incorporated. Subsequently, we concluded that the metal physisorption in both MOFs governs the process by conducting the thermodynamic study. Also, we corroborated this one through the cycles of reuse of materials and recovery of the metal. Finally, theoretical studies demonstrate an arsenite molecule interaction in the exposed metal centers, evidence confirmed by characterization after the adsorption process by Raman spectroscopy.