SÍNTESIS DE NÚCLEO-CÁSCARA NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS DE ÓXIDO DE FIERRO CON ESPESOR AJUSTABLE DE LA COBERTURA, PARA REMEDIACIÓN AMBIENTAL

Abstract

El avance de la civilización humana en el tiempo, en la búsqueda de mejoras científicas-tecnológicas y su respectiva industrialización-globalización no sustentable, ha traído como consecuencia un impacto negativo en el medio ambiente. Un sinnúmero de catástrofes ambientales antropogénicas ha marcado pauta para impulsar dos ejes: metodologías más sustentables en la industria; y remediación ambiental de espacios gravemente contaminados.Es el caso de los bifenilos policlorados (BPCs), un compuesto orgánico persistente, tipo dioxina, altamente dañino (para el ser humano y la naturaleza) y posiblemente cancerígeno, que fue creado por el ser humano y finalmente baneada para los años 80s. Hoy en día se encuentra presente en varios sectores afectados por la industria y es un foco de remediación.Bajo este contexto nace la propuesta de remediación de aguas contaminadas con BPCs mediante nanopartículas magnéticas de óxido de fierro con espesor ajustable de la cobertura hecha de polímeros de estireno y poliacrilato de quercetina, en donde la hipótesis futura a comprobar es que, a mayor cantidad de enlaces cruzados del polímero de poliacrilato de quercetina, se generará una mayor captación de BPCs. El proceso de remediación es un proceso de adsorción, en donde se utilizan nanopartículas de núcleo magnético (Fe3O4) con sus propiedades magnética y de calentamiento remoto (mediante un campo magnético alternante) y con una superficie funcionalizada de polímeros (estireno y poliacrilato de quercetina) la cual genera interacciones pi-pi stacking con los BPCs y así se captura el contaminante.El procedimiento experimental se compone de 3 etapas. Primero la síntesis de magnetita mediante precipitación sales de FeCl3 y FeCl2 en un medio básico provocado por NH4OH. Luego, la adición del iniciador 2-bromo-2 metil ácido propiónico (BMPA). Finalmente, se realiza la reacción de polimerización radicalaria de transferencia atómica de superficie iniciada (SI-ATRP), adicionando estireno y poliacrilato de quercetina (PAQ) en distintos porcentajes.Al caracterizar las NPMs a lo largo de la ruta de síntesis, se obtuvo una correlación positiva entre los análisis realizados, donde FT-IR mostró señales de adición de los compuestos añadidos (principalmente la presencia de PAQ por los pics de C=O y C-O). DLS indicó que los tamaños de partículas se encontraban en el orden de los nano metros (144,0 nm para las NPs de la primera etapa, 154,2 nm para el caso de las NPMs-BMPA, y un aumento significativo del tamaño para la última etapa). TGA corroboró la adición de PAQ en las NPMs (especialmente para el caso de las reacciones ATRPs con 10% de PAQ, teniendo contenidos de hasta un 44% de polímero por sobre el peso de BMPA). X-RD demostró que no ocurrió oxidación ni reducción del núcleo magnético de Fe3O4 (verificando tamaños de estructura cristalina entre los 8-12 nm). AMF demostró buenas propiedades de calentamiento mediante un campo magnético alternante (SAR promedio de 378,6 W/g Fe para las dos primeras etapas, y un valor menor para las NPs con cáscara). Finalmente, UV-vis mostró que para el caso de las NPMs al 10% de PAQ las muestra de 24 horas se aglomeran y precipitan en su gran mayoría dentro de las primeras 3 horas en solución.Humankind and its attempt to get better and new conditions for life has had downsides for nature, making huge environmental disasters all around the world. This has opened a door for knowledge and technology to be applied in favor of nature, and it is why now challenges for human has become a necessity, and there are two main ideas to work in: more sustainable methods for industry; and environmental remediation for polluted places.It is the issue of polychlorinated biphenyls (PCBs) a dioxin-like compound found mainly in all the Superfund places in the United States, possibly carcinogenic and harmful for either human and nature. It is an anthropogenic compound, and was finally banned by the 80s. Nowadays, it is possible to be found in several places affected by industries, and it is a remediation focus.Involved in this context, emerges the proposal of environmental remediation of contaminated waters with PCBs through magnetic iron oxide core-shell nanoparticles with tunable coating thickness made of polymers of styrene and quercetin multiacrylate (QMA), where the future hypothesis to be validated is that as much crosslinkers of QMA are in the shell bigger would be the capture of PCBs. It is an adsorption method of treatment, where are used NPs with a magnetic core (Fe3O4) with its magnetic and remote heating (with an alternating magnetic field (AMF)) properties, and a functionalized surface with polymers (styrene and QMA) which brings the pi-pi stacking interaction giving the affinity for the PCBs and its capture.The experimental procedure consists in a 3 steps synthesis. First, the magnetite synthesis through a salt precipitation of FeCl3 and FeCl2 in an alkaline media produced by NH4OH. Then, the addition of the initiator 2-bromo-2-methyl propionic acid (BMPA). Finally, is run the surface initiated – atom transfer radical polymerization (SI-ATRP), adding styrene and QMA in varying percentages.After characterizing the NPs through all the synthesis, was obtained a positive correlation among the analysis taken, where FT-IR showed signals of addition of reactants (mainly the presence of QMA by the C=O and C-O pics). DLS indicated particle sizes in the nanometer scope (144.0 nm for bare NPs, 154.2 nm for coated-NPs, and a significant increase in size for the core-shell NPs). TGA verified the QMA addition in NPs (specially for the 10% QMA ATRPs, gaining up to 44% of polymer over the BMPA weight). X-RD demonstrated there was neither oxidation nor reduction in the magnetic core of Fe3O4 (verifying sizes of the crystalline structure around 8-12 nm). AMF presented good remote heating properties (average SAR values of 378.6 W/g Fe for the first two synthesis steps, and a lower value for core-shell NPs). Finally, UV-vis showed that for the 10% QMA NPs, the 24 hours samples agglomerate and precipitate almost everything within the first 3 hours in solution.