Síntesis y caracterización de materiales híbridos de alginato para la eliminación de contaminantes en solución acuosa

Abstract

El alginato de sodio (ALG) es un biopolímero ampliamente utilizado en aplicaciones biomédicas1 , sin embargo, últimamente varios estudios han mostrado su potencial para ser utilizado en la eliminación y adsorción de contaminantes en solución acuosa mediante la síntesis de materiales híbridos2 . Estos materiales pueden sintetizarse incluyendo diferentes sólidos, los cuales están relacionados al tipo de contaminante que se desea remover y a sus diferentes aplicaciones. En este trabajo, se presenta la caracterización de materiales híbridos en forma de perlas, constituidos por alginato y diferentes sólidos (montmorillonita (MMT), carbón activado (CA) y boehmita (BH)) con el objetivo de identificar similitudes y diferencias entre ellos. La síntesis de las perlas se realizó partiendo de una solución de ALG al 1% p/v en NaCl 0,01 M. Una vez disuelto el ALG, se le adicionó el sólido de interés (MMT, CA, BH, MMT modificada con aminopropiltrietoxi silano y el colorante rosa de bengala: MMT-APTES-RB, o BH modificada con el colorante riboflavina fosfato: BH-RP) en agitación constante hasta lograr una completa homogenización. Luego, con una micropipeta se dejó caer gota a gota la mezcla homogénea sobre una solución de CaCl2 0,1 M formando las perlas. Estos materiales híbridos de alginato de sodio fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido (SEM) usando un microscopio EVO 40-XVP equipado con detección secundaria de electrones. Las perlas con MMT y CA fueron evaluadas con dos métodos de secado: a 30° C en estufa y liofilizadas a una presión de 0,060 mmHg durante 72 horas. A través de SEM se determinó que, en los materiales liofilizados, la presencia en común de ALG mostraba una morfología tipo canal en el interior de las perlas, a diferencia de las perlas secadas en estufa en las cuales se observó un colapso en su estructura. Las perlas MMT-APTES-RB y BH-RP húmedas, se caracterizaron mediante espectroscopía UV-Vis para sólidos (reflectancia difusa) y espectroscopia de fluorescencia, con el fin de evaluar las propiedades fotofísicas de los colorantes dentro de las mismas. Para ello se utilizó el espectrofotómetro 24 Shimadzu UV-2401 PC, de doble haz con esfera integradora (para sólidos) con dos lámparas como fuente de radiación: 50W halógena y de deuterio. Los espectros de fluorescencia se hicieron a través de un espectrofluorómetro FluoroMax-4 Horiba a una λexc= 530 nm y 450 nm para las perlas con RB y RP respectivamente. A partir de estas dos técnicas, se pudo observar que ambos colorantes conservan sus propiedades fotofísicas dentro de la matriz de alginato de sodio. Por otro lado, las perlas húmedas de BHRP se caracterizaron también a través de microscopía confocal de barrido láser (CLSM) (λexc 476 nm) en donde se observa que la RP dentro de la perla conserva sus propiedades fluorescentes y que se encuentra homogéneamente distribuida en el material. La caracterización a través de Fotografía digital con microscopio USB se implementó para las perlas con MMT, BH-RP y CA usando un Microscopio digital Bothwinner modelo S02. De estas fotografías, se pudo determinar el tamaño, la forma de las perlas y la homogeneidad de aquellas que incluyen a los colorantes como parte del material. Además, en el caso del material híbrido sólo de ALG con MMT, permitió estudiar la cinética de adsorción del colorante verde brillante (VB) en el interior de la perla, se pudo observar que el VB primero se adsorbe en la superficie de la perla y difunde hacia el interior de esta siguiendo un frente de adsorción. Gracias a la fotografía digital se logró medir parámetros cinéticos usados por el modelo de shrinking core.