Monitorización mediante electrodos modificados con nanoparticulas de plata de la eliminación de As(V) y Pb(II) empleando un sistema online en columna

Autor: Nieves i Fraga, Ferran
Přispěvatelé: Torres Rivero Andrade, Karina Victoria Alejandra, Florido Pérez, Antonio, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Popis: La presencia de metales pesados en el agua, produce un efecto devastador para el medio ambiente, debido a la alta toxicidad, persistencia y bioacumulación en los organismos. Por esta razón, las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas, cada vez son más estrictas y surge la necesidad de nuevas metodologías y estudios para la reducción de contaminantes en dichas aguas. Una de las mayores fuentes de contaminación de aguas con metales pesados, son las aguas acidas, producidas por la actividad minera. En estudios anteriores, se han evaluado satisfactoriamente nuevas metodologías que permiten determinar concentraciones de metales pesados in-situ, con una mayor rapidez y sin la necesidad de utilizar grandes equipos y personal altamente cualificado. Estas nuevas metodologías, se basan en la utilización de sensores serigrafiados modificados con nanopartículas. Por ello, en el presente trabajo se seguirá con esa línea de estudio para intentar aportar un mayor conocimiento en el ámbito. Concretamente, en este proyecto se propone la modificación y caracterización de electrodos serigrafiados comerciales con nanoestructuras de plata para determinar concentraciones de Arsénico(V) y Plomo(II), presentes en aguas contaminadas. Dichas nanoestructuras, permiten la mejora de la respuesta electroquímica del sensor frente al metal planteado. La monitorización se realizará en continuo, empleando un sistema online de columna rellena de material adsorbente (rapa de uva y perlas de alginato con extracto de rapa de uva), para determinar el rendimiento en la eliminación de Pb(II). Se partió de nanopartículas de plata, previamente sintetizadas y caracterizadas utilizando la técnica de espectroscopía de adsorción UV-Visible. Los electrodos han sido modificados con dichas nanopartículas, mediante la técnica de Spin Coating y caracterizados posteriormente mediante técnicas de microscopía electrónica (TEM y SEM). La caracterización electroquímica de los electrodos se ha realizado mediante técnicas voltamperométricas, concretamente según el método de pulso diferencial con redisolución anódica para la detección de Pb(II) y As(V). La detección del As(V) en continuo y mediante electrodos serigrafiados no ha sido satisfactoria, se requieren sustituir el electrodo auxiliar y el de referencia por electrodos externos para su determinación. El uso de electrodos externos no estaba concebido en este proyecto, por lo que se determinó la imposibilidad de la determinación de arsénico y se continuó con el estudio del Pb(II). La detección del Pb(II), en continuo, y con el uso solamente de electrodos serigrafiados modificados con nanopartículas de plata, es reproducible y tiene una alta sensibilidad con un límite de detección de 1,42 µg/l. Se pudieron realizar rectas de calibrado satisfactoriamente, con coeficientes de correlación superiores al 0,99. La eliminación de plomo(II) mediante un sistema de columna rellena de adsorbente, ha proporcionado resultados positivos, con una eliminación media del 88,01% para la rapa de uva como adsorbente y del 95,76% para las perlas de alginato con extracto de rapa de uva. Se hicieron repeticiones con muestras reales de agua del grifo, con tal de asemejarlo a la realidad en medida de lo posible. La muestra real de agua espicada no ha presentado diferencias respecto a los patrones en cuanto a eliminación de Pb(II). La presencia de metalls pesants en l’aigua, produeix un efecte devastador per al medi ambient, a causa de l’alta toxicitat, persistència y bioacumulació en els organismes. Per aquesta raó, les normes de qualitat ambiental en l’àmbit de la política d’aigües, cada vegada són més estrictes i sorgeix la necessitat de noves metodologies i estudis per a la reducció de contaminants en aigües. Una de les majors fonts de contaminació d’aigües amb metalls pesants són les aigües àcides, produïdes per l’activitat minera. En estudis anteriors, s’han avaluat satisfactòriament noves metodologies que permeten determinar concentracions de metalls pesats in-situ, amb una major rapidesa i sense la necessitat d’utilitzar grans equips i personal altament qualificat. Aquestes noves metodologies, es basen en la utilització de sensors serigrafiats modificats amb nanopartícules de diferents tipus. Per això, en el present treball se seguirà amb aquesta línia d’estudi per intentar aportar un major coneixement en l’àmbit. Concretament, en aquest projecte es proposa la modificació i caracterització d’elèctrodes serigrafiats comercials amb nanoestructures de plata per a determinar concentracions d’arsénic(V) i plom(II), presents en aigües contaminades. Aquestes nanoestructures permeten la millora de la resposta electroquímica del sensor enfront el metall plantejat. El monitoratge es realitzarà en continu, emprant un sistema en línia de columna farcida de material adsorbent (rapa de raïm i perles d’alginat amb extracte de rapa de raïm), per a determinar el rendiment en l’eliminació de Pb(II). Es va partir de nanopartícules de plata, prèviament sintetitzades i caracteritzades utilitzant la tècnica d'espectroscòpia d'adsorció UV-Visible. Els elèctrodes han estat modificats amb aquestes nanopartícules, mitjançant la tècnica de Spin Coating i caracteritzats posteriorment mitjançant tècniques de microscòpia electrònica (TEM i SEM). La caracterització electroquímica dels elèctrodes s'ha realitzat mitjançant tècniques voltamperomètriques, concretament segons el mètode de pols diferencial amb redissolució anòdica per a la detecció de Pb (II) i As (V). La detecció d'l'As (V) en continu i mitjançant elèctrodes serigrafiats no ha estat satisfactòria, es requereixen substituir l'elèctrode auxiliar i el de referència per elèctrodes externs per a la seva determinació. L'ús d'elèctrodes externs no estava concebut en aquest projecte pel que es va determinar la impossibilitat de la determinació d'arsènic i es va continuar amb l'estudi de l'Pb (II). La detecció d'el Pb (II), en continu i amb l'ús només d'elèctrodes serigrafiats modificats amb nanopartícules de plata, és reproduïble i té una alta sensibilitat amb un límit de detecció de 1,42 µg/l. Es van poder realitzar rectes de calibratge satisfactòriament amb coeficients de correlació superiors a 0,99. L'eliminació de plom (II) mitjançant un sistema de columna farcida de adsorbent ha proporcionat resultats positius, amb una eliminació mitjana del 88,01% per a la rapa de raïm com adsorbent i del 95,76% per a les perles d'alginat amb extracte de rapa de raïm. Es van fer repeticions amb aigua espicada, per tal de ser fidels a la realitat en mesura del possible. La mostra real d'aigua espicada no ha presentat diferències respecte als patrons pel que fa a eliminació de Pb (II). The presence of heavy metals in water produces a devastating effect on the environment, due to the high toxicity, persistence and bioaccumulation in organisms. For this reason, environmental quality standards in the field of water policy are increasingly stricter and the need arises for new methodologies and studies to reduce pollutants in these waters. One of de major sources of water pollution with heavy metals is the acidic water, produced by mining activity. In previous studies, new methodologies have been successfully evaluated that allow the determination of heavy metal concentrations in-situ, more quickly and without the need to use large equipment and highly qualified personnel. These new methodologies are based on the use of screen-printed sensors modified with nanoparticles. Therefore, this study will continue with this line of study to try to provide greater knowledge in the field. Specifically, this project proposes the modification and characterization of commercial screen-printed electrodes with silver nanostructures to determine concentrations of arsenic(V) and lead(II), present in contaminated waters. These nanostructures allow the improvement of the electrochemical response of the sensor against the raised metal. The monitoring will be carried out continuously, using an online column system filled with adsorbent material (grape stem and alginate beads with grape stalk extract), to determine the performance in the elimination of Pb(II). Silver nanoparticles were started, previously synthesized and characterized using the UV-Visible adsorption spectroscopy technique. The electrodes have been modified with said nanoparticles, using the Spin Coating technique and subsequently characterized using electron microscopy techniques (TEM and SEM). The electrochemical characterization of the electrodes has been carried out using voltametric techniques, specifically the differential pulse method with anodic stripping for the detection of Pb(II) and As(V). The detection of As(V) continuously and by means of screen-printed electrodes has not been satisfactory, it is necessary to replace the auxiliary electrode and the reference electrode with external electrodes for its determination. The use of external electrodes was not conceived in this project, so the impossibility of determining arsenic was determined and the study of Pb(II) continued. The detection of Pb(II), continuously and with the use only of screen-printed electrodes modified with silver nanoparticles, is reproducible and has a low sensitivity with a detection limit of 1,42 µg/l. Calibration lines could be performed satisfactorily with correlation coefficients greater than 0,99. Lead(II) removal using an adsorbent-filled column system has provided positive results, with an average removal of 87,43 % for grape stalk waste as adsorbent and 96,66 % for alginate beads with extract of grape stalk. Repetitions were made with spiked water, in order to resemble reality as much as possible. The use of spiked water has not presented difference with respect to the patterns in terms of Pb(II) elimination. Objectius de Desenvolupament Sostenible::6 - Aigua Neta i Sanejament
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: