Aerogeles de Nanocelulosa Bacteriana: Una Alternativa Ambiental para la Remoción de Metales Pesados en Matrices Acuosas

La contaminación de cuerpos de agua por metales pesados es una cuestión crucial en la actualidad debido a sus efectos perjudiciales en la salud pública y en la disponibilidad de recursos. Estos contaminantes tienen un potencial tóxico que altera procesos bioquímicos y fisiológicos en organismos vivos, conduciendo a patologías. La eliminación efectiva de estos contaminantes es una prioridad, aunque las técnicas convencionales a menudo presentan limitaciones y efectos secundarios. Esto ha impulsado la investigación de métodos más eficientes y sostenibles, como el uso de aerogeles como materiales adsorbentes. Estos aerogeles poseen numerosos grupos funcionales, una amplia área superficial y porosidad, lo que facilita la captura de iones metálicos. En consideración, se ha diseñado un aerogel a partir de nanocelulosa bacteriana oxidada con TEMPO, presentando un grado de oxidación del 0,5 %, junto con puntos cuánticos de carbono funcionalizados con PEI que fueron sintetizados hidrotermalmente. Este material sostenible se ha desarrollado con el propósito de aplicarlo en la eliminación de metales pesados presentes en soluciones acuosas. Se llevaron a cabo análisis de las propiedades ópticas, composición, morfología, tamaño, composición superficial y estabilidad del material utilizando técnicas como UV-Vis, fluorescencia, IR, SEM, TEM y XPS. Estos estudios confirmaron la dispersión de los puntos cuánticos amino-funcionalizados en la superficie del aerogel. Los resultados de los ensayos de remoción de metales mostraron que el aerogel logró una remoción eficiente del 40 % de mercurio y el 32 % de plomo en solución, destacando la predominancia del modelo cinético de pseudo segundo orden y la isoterma de Langmuir. Estos hallazgos indican un proceso de quimiosorción que resulta en la formación de una monocapa uniforme sobre la superficie del adsorbente diseñado.

Water sources are currently facing significant challenges due to heavy metal contamination, which impacts both public health and resource availability. These harmful substances are toxic and disrupt the normal functioning of living organisms, thereby leading to health issues. The effective removal of these contaminants is a top priority, although traditional methods often have limitations and unwanted effects. To address this, research has turned toward more efficient and sustainable approaches such as employing aerogels as adsorbents. These aerogels feature functional groups, a large surface area, and porosity, which aid in capturing metal ions. An aerogel was developed using TEMPO-oxidized bacterial nanocellulose with a 0.5% oxidation degree, combined with hydrothermally synthesized PEI-functionalized carbon quantum dots. This environmentally friendly material was created to remove heavy metals from aqueous solutions. Various techniques, including UV-Vis, fluorescence, IR, SEM, TEM, and XPS, were used to analyze the optical properties, composition, size, morphology, surface composition, and stability. These examinations confirmed the dispersion of the amino-functionalized quantum dots on the surface of the aerogel. The metal removal tests demonstrated the efficiency of the aerogel in eliminating 40% of mercury and 32% of lead from the solution. Notably, the pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm prevailed, suggesting a chemisorption process that formed a uniform monolayer on the adsorbent surface. This sheds light on the nature of the adsorption mechanism, with promising implications for efficient heavy-metal removal.

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