Synthesis of microcapsules containing extractant agents for the selective removal of heavy metal from wastewaters

Resumen

La presente investigación estudia la síntesis y caracterización de las denominadas microcápsulas complejantes, que consisten en la encapsulación de un agente de extracción dentro de una carcasa polimérica. Este material combinaría la ventajas de los métodos tradicionales, extracción con disolventes e intercambio iónico, empleados en la recuperación o eliminación de metales pesados de aguas contaminadas, solventando las desventajas que presentas ambas técnicas por separado. Para ello, se sintetizaron microcápsulas que contenían agentes de extracción de diferente naturaleza química (denominadas como “MC-extractante”): ácido di(2-etilhexil)fosfórico (DEHPA), tributilfosfato (TBP), óxido de trioctilfosfina (TOPO), trioctilamina (TOA) y cloruro de trioctilmetilamonio (TOMAC); mediante la técnica de polimerización en suspensión dentro de una carcasa de P(St-DVB). Se llevaron a cabo experimentos a escala de laboratorio para investigar la influencia del tipo de diluyente y agentes de suspensión, así como su relación másica, sobre las propiedades de las microcáspulas. El proceso de optimización se realizó para aquellos materiales que contenían DEHPA, TBP, TOPO y TOMAC; obteniéndose una conversión de los monómeros, rendimiento de la reacción y eficiencia de encapsulación con valores superiores al 90 %. Respecto a la morfología y el tamaño de estas microcápsulas, las MC-DEHPA, MC-TBP y MC-TOPO presentaron un tamaño de partícula en torno a las 300 μm, mientras que aquellas que contenían TOMAC mostraron una tamaño inferior a las 100 µm; siendo todas ellas de forma esférica. A partir de los estudios de equilibrio se comprobó que las MC-TBP y MC-TOPO no alcanzaron grandes porcentajes de extracción de hierro (7 y 65 %, respectivamente). De la misma manera, las MC-DEHPA prácticamente no intercambiaron cobre hasta que la matriz polimérica fue sulfonada. La incorporación de centros sulfónicos activos en la carcasa de las mismas convirtió su naturaleza hidrofóbica en una con carácter hidrofílico, haciendo disponibles los centros activos del extractante. No obstante, este proceso dio lugar a fisuras y/o roturas en el material así como a la pérdida de parte del agente de extracción, siendo el flujo de ácido sulfúrico que penetra en las microcápsulas 27 veces superior al del DEHPA eluído, tal y como demuestra el modelo teórico desarrollado que tiene en cuenta los procesos difusivos y de reacción que tienen lugar durante la sulfonación. Por último, se utilizó la ley de acción de masas (asumiendo comportamiento ideal de las fases) para describir el comportamiento de las MC-DEHPA sulfonadas y de las MC-TOMAC, dando lugar a capacidades útiles de 1.782 ± 0.013 eq kg–1 y 1.009 ± 0.018 eq kg‒1, para el cobre y el mercurio, respectivamente. Asimismo, se utilizó un modelo homogéneo para determinar el coeficiente de distribución del cobre (1.86·10–7 cm2 s–1) y se regeneró el material tal y como se hace para las resinas de intercambio iónico. Por lo tanto, el empleo de estos materiales en la eliminación de metales pesados es completamente factible; incluso para el tratamiento de aguas naturales contaminadas con mercurio debido a las actividades mineras de Almadén (España) y Monte Amiata (Italia).