Adsorció d'or i zinc amb resines impregnades XAD-2. Superfície d'Equilibri, un nou concepte per a l'adsorció

Dins dels processos de recuperació de metalls de dissolucions diluïdes s'ha realitzat un estudi del procés d'extracció d'or i de zinc mitjançant resines amberlite XAD-2 impregnades amb sulfur de triisobutil fosfina (TIBPS) i àcid di-(2-etilhexil) fosfòric (DEHPA) respectivament. S'ha realitzat un estudi de l'equilibri de l'adsorció d'espècies metàl·liques d'aquests metalls amb les resines indicades anteriorment. Amb la metodologia emprada per a la determinació dels punts d'equilibri dels experiments en batch i en columna, s'ha vist que una única isoterma no podia descriure el fenomen global d'equilibri i que en funció de la metodologia emprada s'obtenien isotermes diferents. Es va introduir una nova variable per poder explicar el fenomen observat, i per tant, amb aquesta nova variable l'equació de la isoterma es converteix amb l'equació d'una supèrfície que s'ha definit com a Superfície d'Equilibri. S'han determinat les equacions de les Suprfícies d'Equilibri dels sistemes d'adsorció estudiats (Au(III) TIBPS/XAD-2 i Zn(II) DEHPA/XAD-2) observan una bona coincidència de tots els punts d'equilibri obtinguts sobre la superfície, així com, un bon ajust de totes les isotermes obtingudes en funció de les diferents metodologies emprades sobre les respectives superfícies d'equilibri. Aquest nou concepte generalitza el concepte d'isoterma d'un procés d'adsorció. Fimalment, s'ha plantejat un model matemàtic d'adsorció per a determinar el coeficient efectiu de difusió (De) i el coeficient de transferància de matèria (kf) per ambdós sistemes d'adsorció estudiats mitjançant l'aplicació del model de difusió de sòlid homogeni (HSDM), utilitzant com a condició de contorn en el model la isoterma de Langmuir obtinguda mitjançant els experiments en columna de llit fix i emprant també l'equació obtinguda mitjançant el nou concepte de Superfície d'Equilibri. Els resultats obtinguts són molt satisfactoris, per tant, es pot concloure que la Superfície d'Equilibri és una bona eina per a descriure l'equilibri en els processos d'adsorció d'or i zinc amb les resines amberlite XAD-2 impregnades amb TIBPS i DEHPA respectivament.

Aprofitament de residus vegetals per a la concentració i separació d'ions metàl·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.

El Suro modificat, bescanviador iònic per l'adsorció de metalls preciosos (pal·ladi i platí)

El present treball, com a projecte final de carrera, té com objectiu estudiar la viabilitat del suro com a material alternatiu a compostos sintètics, com per exemple bescanviadors iònics convencionals. Està centrat al cas particular de la recuperació de Pal·ladi i Platí, metalls nobles d’alt valor econòmic i per tant amb un alt interès per la seva recuperació un cop usats.

Anàlisi de la composició en metalls pesants de sòls adjacents a carreteres per fluorescència de raigs X portàtil

L’objectiu del present estudi és la caracterització i avaluació del grau de contaminació per metalls pesants dels sòls adjacents a una carretera de l’àrea metropolitana de Barcelona. Aquesta caracterització inclou la comparació dels valors mesurats amb els nivells màxims legals i la determinació de l’origen antropogènic o litogènic dels metalls mitjançant mètodes estadístics. Per a assolir aquest objectiu, s’emprarà la tècnica de la fluorescència de raigs X portàtil (FPXRF), de manera que l’estudi també inclourà la validació dels resultats obtinguts mitjançant aquesta tècnica per comparació amb un mètode de referència, així com l’estudi de la principal limitació que presenta la tècnica, que és la presència d’humitat a les mostres.

Preparació de materials monolítics quirals contenint derivats de poli-4R-hidroxi-L-prolina per a la separació de molècules enantiomèriques per cromatografia líquida

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Universitat de California a Berkeley, Estats Units, entre març i juny de 2007. La cromatografia líquida emprant fases estacionàries quirals ha estat una de les tècniques més desenvolupades per a la separació d’enantiòmers. A més de presentar una elevada enantioselectivitat, és desitjable que els materials utilitzats amb aquesta finalitat permetin separacions altament cost-efectives. Una alternativa a l’us de mètodes més convencionals, en què el selector quiral està ancorat sobre gel de sílice particulada, és la utilització de materials monolítics, que es caracteritzen per ser d’una sola peça i altament porosos. L’elevada porositat d’aquests materials, una de les característiques que els fan més útils, permet treballar amb un flux de fase mòbil molt superior al permès amb les matrius convencionals. Aquest fet permet disminucions considerables dels temps d’anàlisi amb pressions de columna molt inferiors als límits establerts per garantir la seva durabilitat. D’altra banda, l’enantioselectivitat i la resolució vers als diferents analits es manté constant. El projecte, de quatre mesos de durada, s’ha centrat en la preparació de materials monolítics quirals de naturalesa orgànica o inorgànica contenint com a selectors quirals derivats de poli-hidroxi-prolina. Aquest materials s’han aplicat com a fases estacionàries quirals en cromatografia líquida en format estàndard i capil•lar. Els resultats cromatogràfics (selectivitat i eficiència) s’han comparat amb els obtinguts amb columnes de matriu particulada preparades prèviament.

Determinació de la deposició atmosfèrica de metalls pesants a les Muntanyes de Prades (Tarragona) a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina i Hypnum cupressiforme

En aquest estudi s’ha determinat la deposició atmosfèrica de metalls pesants a partir dels bioindicadors Xanthoria parietina (liquen) i Hypnum cupressiforme (molsa), en 16 punts de mostreig repartits per la zona on s’ubicarà el futur parc natural de les Muntanyes de Prades (Tarragona). A partir de la comparació de les concentracions obtingudes en aquest treball amb les d’altres estudis de plantejament equiparable, es va comprovar que la majoria de valors de concentració dels metalls eren similars als d’altres zones geogràfiques estudiades, a excepció del crom i el níquel, que presentaven valors clarament més elevats. A partir de proves estadístiques (ANOVA, regressions múltiples) es va determinar que existien diferències significatives entre les concentracions de metalls dels diferents punts de mostreig. També es van detectar correlacions significatives entre les concentracions dels punts de mostreig i la distància d’aquests respecte els focus potencials de contaminació que s’havien considerat prèviament. Amb les dades obtingudes a partir un petit anàlisi de la riquesa liquènica dels punts de mostreig, es va disposar d’informació extra per poder avaluar les fonts i el patró de distribució d’aquests contaminants.

Preparació, estudi estructural i aplicabilitat de derivats de Poli-(4R)-hidroxi-L-prolina a la separació d’enantiòmers per tècniques cromatogràfiques o relacionades

La separació d’enantiòmers (isòmers òptics) és molt important en molts diversos camps, com les síntesis quirals, biologia, i en el camp de la farmacologia especialment. És per això, que es fa necessari de disposar de tècniques i mètodes analítics ràpids, fiables i sensibles per a la separació d’enantiòmers. La present tesi s’emmarca en el camp de la separació d’enantiòmers, concretament en la preparació de fases estacionàries quirals per al seu ús en cromatografia liquida. En aquest sentit, s’ha desenvolupat la síntesi i caracterització de molècules polimèriques quirals derivades de l’aminoàcid L-prolina que incorporades en matrius de gel de sílice poden constituïr columnes quirals per a la separació d’enantiòmers per cromatografia liquida. S’han estudiat les característiques enantioselectives d’aquests nous materials en la separació de molècules quirals, trobant-se ésser satisfactòriament enantioselectius. L’interès que suscita l’obtenció d’enantiòmers a gran escala fa que la recerca s’orienti a la recerca de materials amb elevada capacitat de càrrega, és a dir, que puguin donar lloc a la separació d’elevades quantitats d’enantiòmers. Amb aquesta finalitat s’han dut a terme assaigs de capacitat de càrrega, que han posat de manifest la possible aplicació d’aquests materials a la separació preparativa d’enantiòmers. També s’ha parat especial atenció a l’estudi de les característiques de la matriu de gel de sílice, assajant-se altres materials de sílice més porosos i que permeten així treballar amb fluxos més elevats tot reduint-ne el temps d’anàlisi i els costos associats a la separació preparativa d’enantiòmers. L'estudi conformacional d'aquests nous selectors també ha estat contemplat per tal d'explicar l'enantioselectivitat específica que s'observa en certs dissolvents orgànics en els qual es duu a terme la separació dels enantiòmers.

El suro com a adsorbent del plom i el poloni

S’ha estudiat la utilització del suro com a adsorbent de metalls i radionúclids, com el plom i el poloni. Aquesta metodologia es pot aplicar en diferents camps, principalment per la separació d’aquests elements tant per a la seva posterior anàlisi com per l’eliminació i descontaminació en medis naturals. El suro és un bon adsorbent del plom, ja que de promig n’adsorbeix un 80%, i existeix dependència amb la relació superfície – volum del suro. La capacitat de càrrega màxima, a partir de les vuit hores, correspon al suro de diàmetre de partícula de 0.5 a 1 mm, amb un valor proper a 6·10-2 mmol Pb/g suro. El poloni presenta una eficiència d’adsorció menor a la del plom, d’un 50% del poloni present en la solució de càrrega inicial. Del present treball es pot concloure que el suro és un bon material adsorbent per a metalls i/o radionúclids, i per tan pot ser emprat com a una tècnica de separació i/o recuperació alternativa a les actualment establertes, sent més econòmica i biodegradable.

Avaluació de la tècnica de fitoextracció per a la reducció de concentracions de metalls pesants en sòls contaminats per la indústria minera

L’explotació minera, especialment la mineria metàl•lica, ha estat sempre associada ariscos de contaminació ambiental de sòls, aigües i vegetació, originats per l’activitatextractiva, les operacions de concentració dels minerals i pels emplaçaments de residusminers sense una gestió adequada. En molts casos els residus miners s’abocavendirectament a rius i rierols o s’acumulaven en piles pròximes a centres habitats iactivitats agrícoles. Concretament s’estudia els cas de les mines d’Osor. Donada la possible presència de quantitats elevades de metalls pesants en aquests sòlses decideix avaluar una tècnica de remediació de sòls lleugera com la fitoextracció. Lafitoextracció es basa en l’ús de plantes bioacumuladores que absorbeixen metalls delsòl. Aquesta tècnica permet una descontaminació del sòl no agressiva i de baix cost peròrequereix un tractament de llarga durada

Determinació d'hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs) en mostres de sòls per cromatografia de gasos acoblada a l'espectrometria de masses (GC/MS)

La importància dels Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (PAHs) com a contaminants ha estat sempre en debat. Des del moment en què no compleixen els requeriments de persistència, toxicitat i transport a llargues distàncies, no es consideren contaminants orgànics persistents (POPs). En conseqüència, no es troben inclosos dins la llista dels dirty dozen de la Convenció d’Estocolm sobre POPs. A més, ja que el seu alliberament no és intencionat, algunes veus han plantejat la possibilitat d’eliminar o reduir la quantitat d’aquests compostos a l’atmosfera i que arriben també, per deposició, al sòl, sediments, aigües, etc. Tanmateix, segons el Protocol firmat pel Comitè Estats Units-Europa (UNECE), els PAHs haurien d’haver estat inclosos a aquesta llista ja que són productes químics les emissions dels quals haurien de ser minimitzades o previngudes. És per això i l’interès pel medi ambient que dins el projecte Estudi de la influència de contaminants orgànics (BTEX i PAHs) en la mobilitat de metalls pesants en sòls, al qual es vol entendre quin és el mecanisme de transport dels metalls pesants en presència d’aquests contaminants, enfocat sobretot als marges de les carreteres per la combustió de gasolines i l’exhaust dels vehicles, que es justifica aquest treball de recerca. Aquest treball de recerca es basa en la posta a punt d’un mètode d’anàlisi de PAHs mitjançant la Cromatografia de Gasos acoblada a l’Espectrometria de Masses (GC/MS). Cadascun dels mètodes seguits estan reportats a la Environmental Protection Agency dels Estats Units (US EPA), però tot i així cal fer la optimització, realitzant o no, lleus modificacions d’aquests per ajustar-nos a les nostres necessitats específiques. En aquest treball de recerca s’exposen els diferents passos a realitzar un cop feta la presa de mostra fins l’expressió final dels resultats un cop identificats i quantificats els PAHs d’interès presents en una matriu de sòl. Això comprèn la seva extracció inicial mitjançant el Soxhlet, un cleanup posterior a partir tant de l’extracció en fase sòlida (SPE) amb una fase C18 com la cromatografia en columna utilitzant gel de sílice com a adsorbent. Finalment, s’han determinat els paràmetres influents en la separació, identificació i quantificació dels PAHs amb relació a la cromatografia de gasos i la seva detecció per espectrometria de masses.

Recuperació de metalls en l’aigua residual de la indústria galvànica mitjançant l’electròlisi i l’energia solar

Proposta del procés d’electròlisi com a mètode de recuperació de metalls pesants presents en les aigües de rentat de la indústria galvànica i l’obtenció de l’energia necessària a través de l’energia solar fotovoltaica

Interacció de metalls pesants sobre els càlculs renals. Àrea d’estudi: Flix

La litiasi renal (pedres de ronyó) és un desordre molt comú en països industrialitzats, als que aproximadament un 12% de la població desenvoluparà un càlcul renal al llarg de la seva vida. Aquestes xifres, però, varien molt en funció de diferents factors, com ara la zona geogràfica, el clima o l’alimentació. A Espanya, la urolitiasi té una prevalença al voltant del 4% amb una taxa d’incidència del 0,27%, i es produeixen uns 105.000 nous casos cada any. D’aquests, aproximadament una quarta part necessitarà una actuació urològica. L’índex d’incidència més gran es dóna entre els 30 i 60 anys, amb un clar predomini en els homes. A més, s’ha vist una correlació en l’augment de la freqüència de pedres en països desenvolupats amb l’increment de la riquesa i de la despesa en aliments per càpita. En el present estudi, es vol determinar una possible correlació entre els metalls pesants i la formació de pedres de ronyó. Els metalls pesants que s’investiguen són: zinc (Zn), plom (Pb) i coure (Cu). Tots ells poden introduir-se al cos humà per la ingesta d’aliments que, al seu torn, poden incorporar-los a través de l’aigua o del sòl, factors directament dependents de la qualitat del medi ambient on es conreen.

Esquemes de toxicologia industrial (I): Introducció-metalls

En paraules del mateix autor, aquest és un text esquemàtic destinat principalment a complir la funció docent a l'Escola Professional de Medicina del Treball de la Universitat de Barcelona. És un recull de documents que es van posar en el seu moment a disposició dels alumnes que cursaven Toxicologia Industrial i que va ser publicat posteriorment en forma d'un únic volum aprofitant l'efemèrida del XXXVè anniversari de l'escola.Dir també que el text present aquí correspon a la tercera edició, lleugerament ampliada l'any 2004.