Possibility of reusing industrial waste to synthesize a depolluting silica monolith through HIPE method: an experimental and theoretical study

Abstract

Los monolitos de sílice son materiales porosos con una estructura característica conectada y un esqueleto en forma de malla de orden mesoporoso que se pueden usar para descontaminar varios residuos tóxicos del agua. A través de la síntesis de emulsión de alta fase interna (HIPE), se pueden obtener monolitos con porosidad jerarquizada. Este tipo de materiales tienen macroporosos en conjunto con mesoporosos dando como resultado un incremento en vías más accesibles para una mejor difusión combinada con un área específica alta, muy importante en muchas aplicaciones relacionadas con la adsorción y la transferencia de masa. Debido a su porosidad jerarquizada, los monolitos mejoraron la eficiencia del lecho en columna para procesos continuos, y la selectividad, coeficiente de distribución y cinética de intercambio en procesos por lotes. Además, los monolitos pueden ser funcionalizados con metales, entre otras cosas, con el fin de obtener propiedades especiales para aplicaciones en catálisis y sorción. En este proyecto se utilizó un bien establecido y sencillo método de síntesis para la obtención de monolitos de sílice con porosidad jerarquiza realizado por emulsiones de alto contenido de fase interna (HIPE). Se utilizó aceite de cocina reciclado como fase interna y se funcionalizaron con cobre como modelo de agente contaminante en agua proveniente de desechos industriales para obtener materiales que pueden ser empleados como bactericidas para la descontaminación del agua potable. La morfología, estructura de los átomos y presencia del metal en la red del monolito se han logrado determinar de acuerdo a los resultados dados por microscopía electrónica de barrido (MEB), nanotomografía computarizada (nano-CT), difracción de rayos X (DRX), espectroscopías infrarroja de reflexión total atenuada (ATRFTIR) y reflectancia difusa de UV-Vis (DR-UV-Vis). También se realizaron simulaciones teóricas para confirmar que el cobre puede ser parte de la red de sílice ya que claramente se muestra, a través de los datos obtenidos, que el cobre se comporta como el silicio al construir la red y prefiere ir a entornos con presencia de oxígeno. Finalmente, se realizó una prueba experimental antibacteriana con los monolitos funcionalizados con cobre en muestras de agua provenientes de fuentes naturales. Los resultados sugieren que es un material descontaminante efectivo contra Coliformes Totales y E. Coli para las muestras de agua tratadas provenientes del hidrante de Santa Cruz - Galápagos.