Aprofitament de residus vegetals per a la concentració i separació d'ions metà l·lics de solucions aquoses

La adsorció sobre carbó actiu és un tractament habitual para a l'eliminació de metalls contaminants d'afluents aquosos. Amb la finalitat de reduir el cost dels tractament actuals s'està estudiant la utilització d'adsorbents de baix cost com a substituts dels sorbents convencionals que s'utilitzen usualment en els tractaments d'aigües. En aquesta tesi s'ha avaluat la possibilitat d'aprofitar diversos residus vegetals procedents de processos agrícoles o residus industrials, com a sorbents per a l'eliminació de metalls de solucions aquoses. En concret, el treball s'ha centrat en assolir dos grans objectius, primer de tot, conèixer la possibilitat d'utilitzar el pinyol d'oliva com a adsorbent de metalls divalents de solucions aquoses, com són el Cd(II), Cu(II), Ni(II) i Pb(II), i en segon lloc, avaluar la utilització de quatre residus vegetals (escorça de yohimbe, rapa de raïm, suro i pinyol d'oliva) per a l'extracció de Cr(VI) de solucions aquoses i utilitzar el residu vegetal més apropiat com a base per tal d'obtenir un nou sorbent, amb més bona morfologia per ser utilitzat en sistemes d'eliminació de Cr(VI) en continu. Les dades cinètiques d'adsorció es van tractar amb el model cinètic de pseudo-segon ordre, amb el que es van determinar la velocitat inicial d'adsorció dels metalls. Els models d'isotermes d'equilibri de Langmuir i Freundlich es van utilitzar per descriure els equilibris d'adsorció i calcular els paràmetres de les isotermes. En els assajos amb mescles binàries de metalls, els resultats es van tractar amb el model ampliat de Langmuir. En aquest treball s'ha determinat, primerament, que el pinyol d'oliva és un bon sorbent dels metalls divalents estudiats. S'ha determinat que l'adsorció dels metalls varia amb el pH de la solució i que la presència de sals en la solució provoca una davallada en l'adsorció. També es va determinar la competència en l'adsorció entre els metalls al realitzar assajos en mescles binàries. Amb els estudis d'extracció de Cr(VI) amb els quatre materials s'ha determinat que aquests vegetals poden adsorbir el Cr(VI) en solució, tot i que la rapa i la yohimbe són els materials que presenten unes capacitats d'adsorció més elevades. Les anàlisis amb espectroscòpia electrònica de Raig-X realitzats en la rapa de raïm i la yohimbe en contacte amb Cr(VI) varen demostrar la presència del metall en els dos estats d'oxidació, Cr(VI) i Cr(III), evidenciant la participació del mecanisme de reducció de Cr(VI) en l'adsorció del metall sobre els materials. Amb l'encapsulació de la rapa de raïm es va incrementar significativament la capacitat d'adsorció del metall respecta a la seva utilització en la forma original. Les dades experimentals es van tractar amb un model de difusió i es va determinar el coeficient de difusió en l'adsorció en el sorbent amb diferent percentatge de rapa en l'interior. Finalment s'han realitzat estudis preliminars d'adsorció de crom hexavalent en continu utilitzant columnes de petites dimensions farcides amb el sorbent format per boles de rapa encapsulada en alginat càlcic. En aquests assajos s'ha determinat l'efecte en l'adsorció de metall de diversos paràmetres d'operació, com la concentració inicial de metall, el cabal i l'alçada de llit. El model de transferència de matèria i difusió en columna emprat pel tractament de les dades experimentals va mostrar l'efecte de la concentració inicial i del cabal en els coeficients de difusió i transferència de matèria. El model BDST no va predir correctament el temps de servei en els diferents paràmetres d'operació experimentats a causa de la complexitat del procés d'adsorció. Amb aquests assajos preliminars s'han establert les bases de l'adsorció de Cr(VI) amb el nou sorbent en sistemes en continu amb la finalitat de realitzar estudis posteriors d'eliminació del metall en columnes de majors dimensions.

Estudi de la complexació dels ions Fe3+ i Al3+ per fosfats i lligands orgà nics carboxílics : aplicació a la caracterització química d'aigües per a tractaments industrials i agrícoles

La memòria consisteix en l'estudi de la complexació del Fe3+ i de l'AI3+ per fosfats i lligands orgànics carboxílics (PBTC) en un medi iònic 0.5 M en NaNO3 i una posterior aplicació dels resultats obtinguda a la caracterització química de l'aigua per ús industrial i agrícola. La tècnica analítica emprada per la obtenció de les dades experimentals es fonamenta en la determinació de l'acidesa mitjançant valoracions potenciomètriques. Aquestes dades, transformades en funcions del tipus Z són introduïdes en els programes de càlcul LEGATROP i HYPERQUAD amb l'objectiu de modelar el comportament químic de cada sistema estudiat.

Industrial radioactive barite scale: suppression of radium uptake by introduction of competing ions

Incorporation of radioactive isotopes during the formation of barite mineral scale is a widespread phenomenon occurring within the oil, mining and process industries. In a series of experiments radioactive barite/celestite solid solutions (SSBarite-Celcstite) have been synthesized under controlled conditions by the counter diffusion of Ra-226, Ba2+, Sr24+ and SO42- ions through a porous medium (silica gel), to investigate inhibiting effects in Ra uptake associated with the introduction of a competing ion (Sr2+). From characterization studies, the particle size and the morphology of the crystals appear to be related to the initial [Sr]/[Ba] molar ratio of the starting solution. Typically, systems richer in Sr produce smaller sized crystals and clusters characterized by a lower degree of order. The activity introduced to the system is mainly incorporated in the crystals generated from the barite/celestite solid solution as suggested by the activity profiles of the hydrogel columns analysed by gamma-spectrometry. There is a relationship between the initial [Sr]/[Ba] molar ratio of the starting solution and the activity exhibited by the synthesized crystals. An effective inhibition of the Ra-226 uptake during formation of the crystals (SSBarite-Celestite) was obtained through the introduction of a competing ion (Sr2+): the higher the initial [Sr]/[Ba] molar ratio of the starting solution, the lower the intensity of the activity peak in the crystals. (C) 2003 Published by Elsevier Ltd.

Mesoporous concentric magnetic FePt core-shells nanoparticle with functionalized surfaces for capturing metal ions and DNA molecules

It is demonstrated that monodisperse magnetic FePt nanoparticle can be engineered into a protective dense silica layer, followed by concentric outer mesoporous silica layers with tailored -SH, -SO3H and -NH2 surface groups, these new materials can be used to capture heavy metal ions and DNA molecules from solution specifically by their internal or/and external functionalised surfaces by magnetic means.

Mechanism of the antioxidant to pro-oxidant switch in the behavior of dehydroascorbate during LDL oxidation by copper(II) ions

Oxidised low density lipoprotein (LDL) may be involved in the pathogenesis of atherosclerosis. We have therefore investigated the mechanisms underlying the antioxidant/pro-oxidant behavior of dehydroascorbate, the oxidation product of ascorbic acid, toward LDL incubated With Cu2+ ions. By monitoring lipid peroxidation through the formation of conjugated dienes and lipid hydroperoxides, we show that the pro-oxidant activity of dehydroascorbate is critically dependent on the presence of lipid hydroperoxides, which accumulate during the early stages of oxidation. Using electron paramagnetic resonance spectroscopy, we show that dehydroascorbate amplifies the generation of alkoxyl radicals during the interaction of copper ions with the model alkyl hydroperoxide, tert-butylhydroperoxide. Under continuous-flow conditions, a prominent doublet signal was detected, which we attribute to both the erythroascorbate and ascorbate free radicals. On this basis, we propose that the pro-oxidant activity of dehydroascorbate toward LDL is due to its known spontaneous interconversion to erythroascorbate and ascorbate, which reduce Cu2+ to Cu+ and thereby promote the decomposition of lipid hydroperoxides. Various mechanisms, including copper chelation and Cu+ oxidation, are suggested to underlie the antioxidant behavior of dehydroascorbate in LDL that is essentially free of lipid hydroperoxides. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Bis[1,1 '-N,N '-(2-picolyl)aminomethyl]ferrocene as a redox sensor for transition metal ions

The compound bis[1,1'-N,N'-(2-picolyl) aminomethyl] ferrocene, L-1, was synthesized. The protonation constants of this ligand and the stability constants of its complexes with Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ and Pb2+ were determined in aqueous solution by potentiometric methods at 25degreesC and at ionic strength 0.10 mol dm(-3) in KNO3. The compound L-1 forms only 1:1 (M:L) complexes with Pb2+ and Cd2+ while with Ni2+ and Cu2+ species of 2:1 ratio were also found. The complexing behaviour of L-1 is regulated by the constraint imposed by the ferrocene in its backbone, leading to lower values of stability constants for complexes of the divalent first row transition metals when compared with related ligands. However, the differences in stability are smaller for the larger metal ions. The structure of the copper complex with L-1 was determined by single-crystal X-ray diffraction and shows that a species of 2:2 ratio is formed. The two copper centres display distorted octahedral geometries and are linked through the two L1 bridges at a long distance of 8.781(10) Angstrom. The electrochemical behaviour of L-1 was studied in the presence of Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ and Pb2+, showing that upon complexation the ferrocene-ferrocenium half-wave potential shifts anodically in relation to that of the free ligand. The maximum electrochemical shift (DeltaE(1/2)) of 268 mV was found in the presence of Pb2+, followed by Cu2+ (218 mV), Ni2+ (152 mV), Zn2+ (111 mV) and Cd2+ (110 mV). Moreover, L-1 is able to electrochemically and selectively sense Cu2+ in the presence of a large excess of the other transition metal cations studied.

Selectivity of bis(calix[4]diquinone) ionophores towards metal ions in solvent dimethylsulfoxide: a molecular mechanics and molecular dynamics study

Molecular modelling studies have been carried out on two bis(calix[4]diqu(inone) ionophores, each created from two (calix[4]diquinone)arenes bridged at their bottom rims via alkyl chains (CH2)(n), 1: n = 3, 2; n = 4, in order to understand the reported selectivity of these ligands towards different sized metal ions such as Na+, K+, Rb+, and Cs+ in dmso solution. Conformational. analyses have been carried out which show that in the lowest energy conformations of the two macrocycles, the individual calix[4]diquinones exhibit a combination of partial cone, 1,3-alternate and cone conformations. The interactions of these alkali metals with the macrocycles have been studied in the gas phase and in a periodic box of solvent dmso by molecular mechanics and molecular dynamics calculations. Molecular mechanics calculations have been carried out on the mode of entry of the ions into the macrocycles and suggest that this is likely to occur from the side of the central cavity, rather than through the main axis of the calix[4]diquinones. There are energy barriers of ca. 19 kcal mol(-1) for this entry path in the gas phase, but in solution no energy barrier is found. Molecular dynamics simulations show that in both 1 and 2, though particularly in the latter macrocycle, one or two solvent molecules are bonded to the metal throughout the course of the simulation, often to the exclusion, of one or more of the ether oxygen atoms. By contrast the carbonyl oxygen atoms remain bonded to the metal atoms throughout with bond lengths that remain significantly less than those to the ether oxygen atoms. Free energy perturbation studies have been carried out in dmso and indicate that for 1, the selectivity follows the order Rb+ approximate to K+ > Cs+ >> Na+, which is partially in agreement with the experimental results. The energy differences are small and indeed the ratio between stability constants found for Cs+ and K+ complexes is only 0.60, showing that 1 has only a slight preference for K+. For the larger receptor 2, which is better suited to metal complexation, the binding affinity follows the pattern Cs+ >> Rb+ >> K+ >> Na+, with energy differences of 5.75, 2.61, 2.78 kcal mol(-1) which is perfectly consistent with experimental results.

Mesoporous concentric magnetic FePt core-shells nanoparticle with functionalized surfaces for capturing metal ions and DNA molecules

It is demonstrated that monodisperse magnetic FePt nanoparticle can be engineered into a protective dense silica layer, followed by concentric outer mesoporous silica layers with tailored -SH, -SO3H and -NH2 surface groups, these new materials can be used to capture heavy metal ions and DNA molecules from solution specifically by their internal or/and external functionalised surfaces by magnetic means.