Preparació de carbons porosos derivats de xarxes metal·loorgàniques per a l'eliminació de diclofenac en aigua

Abstract

[cat] La contaminació generada per les activitats humanes ha posat en greu perill la qualitat i accessibilitat de l’aigua. Molts dels contaminats generats són composts orgànics, com ara fàrmacs, que resulten nocius a causa de la seva toxicitat i capacitat de bioacumulació. En aquest context, la recerca i aplicació de tecnologies efectives per al tractament d’aigües és un factor essencial. En aquest treball s’han sintetitzat per via assistida per microones les xarxes metal·loorgàniques UiO-66 i MIL-100(Fe). A partir d’aquests materials, s’han obtingut carbons porosos mitjançant la seva calcinació a 800 ºC en atmosfera inert. A més, amb l’objectiu d’obtenir carbons amb una elevada porositat, s’ha realitzat un tractament amb àcid dels carbons precursors. Els diferents materials han estat caracteritzats cristal·logràfica, morfològica i texturalment mitjançant difracció de raigs X, microscòpia electrònica, adsorció física de N2 a 77 K i anàlisi termogravimètric. Els carbons preparats han estat avaluats en l’adsorció de diclofenac, un dels composts orgànics més perillosos a causa dels seus efectes tòxics i lenta degradació. El carbó derivat del UiO-66 tractat amb àcid ha estat el que ha exhibit una major capacitat d’adsorció. Per aquest carbó, s’ha estudiat la seva cinètica d’adsorció i l’efecte del pH. Finalment, fent ús d’aquest carbó, s’ha preparat un dispositiu funcional mitjançant un procés de tinció sobre un suport en forma d’hèlix obtingut per impressió 3D. Aquest s’ha caracteritzat mitjançant difracció de raigs X i microscòpia electrònica. S’ha avaluat la seva efectivitat per a l’adsorció de diclofenac, incloent estudis de cinètica i la seva aplicació en el tractament d’una mostra real d’aigua de pou. A més, s’ha demostrat la reusabilitat del dispositiu en un estudi de 8 cicles consecutius d’adsorció.

[eng] The pollution generated by human activities has severely threatened the quality and availability of water. Many of these pollutants are organic compounds, such as pharmaceuticals, which are harmful due to their toxicity and bioaccumulation potential. In this context, the research and application of effective water treatment technologies is crucial. In this study, metal-organic frameworks UiO-66 and MIL-100(Fe) were synthesized via microwave-assisted method. From these materials, porous carbons were obtained through calcination at 800 °C in an inert atmosphere. Additionally, to achieve highly porous carbons, the precursor carbons were treated with acid. The different materials were characterized crystallographically, morphologically, and texturally using X-ray diffraction, electron microscopy, physical nitrogen adsorption at 77 K, and thermogravimetric analysis. The prepared carbons were evaluated for the adsorption of diclofenac, one of the most dangerous organic compounds due to its toxic effects and slow degradation. The carbon derived from UiO-66 and subjected to chemical etching exhibited the best adsorption capacity. For this carbon, its adsorption kinetics and the effect of pH were studied. Finally, using this carbon, a functional device was prepared through a staining process on a helical support obtained via 3D printing. This device was characterized by X-ray diffraction and electron microscopy. Its effectiveness for diclofenac adsorption was assessed, including kinetic studies and its application in the treatment of a real groundwater sample. Additionally, the device’s reusability was demonstrated in an 8- cycle consecutive adsorption study.