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Síntesis de compositos magnéticos a base de óxido de grafeno y grafeno químicamente reducido funcionalizados con nanopartículas de magnetita y su aplicación en la remoción de colorantes orgánicos y metales tóxicos disueltos en agua

Resumen

Se desarrolló una ruta sintética para la obtención de nanomateriales magnéticos a base de óxido de grafeno (GO) y grafeno químicamente reducido (rGO) funcionalizados con nanopartículas de magnetita (Fe3O4 NPs). El proceso global comprendió tres etapas generales: (i) la síntesis de óxidos de grafeno (GOs) con diferentes tiempos de oxidación empleando una variante del método de Hummers, (ii) la funcionalización in situ de los GOs con Fe3O4 NPs (vía hidrólisis oxidativa de Fe+2) para la obtención de los híbridos Fe3O4@GOs, variando la relación másica de sus precursores y, (iii) la reducción química con hidroxilamina de una fracción de los compositos previamente sintetizados para la obtención de los respectivos derivados (Fe3O4@rGOs). Los resultados obtenidos en los análisis de caracterización a través de técnicas espectroscópicas (DRX, UV-Vis, IR, Raman, XPS), microscopías de alta resolución (SEM, TEM), magnetometría, composición elemental de hierro y análisis de área superficial, permitieron conocer aspectos fundamentales de la composición, estructura y funcionalidad de los materiales obtenidos. Finalmente, se estudió la aplicación de los nanocompositos como adsorbentes de algunos colorantes y cationes metálicos en medio acuoso, correlacionando la información estructural obtenida en la etapa de caracterización con su funcionalidad en la remoción de estas especies químicas. Se seleccionaron los materiales con mayor capacidad de adsorción para cada contaminante modelo y se estudiaron aspectos fundamentales del proceso de adsorción empleando algunos modelos cinéticos y de isotermas. En el caso de los colorantes, también se exploró el empleo de los materiales seleccionados como catalizadores para efectuar procesos de degradación vía Fenton heterogéneo. La ruta sintética puede escalarse con relativa facilidad y la obtención masiva de este tipo de materiales puede considerarse económicamente viable. Adicionalmente, los resultados obtenidos permiten considerar la posibilidad de implementar algunos de los materiales sintetizados en procesos de remediación de aguas, teniendo en cuenta su desempeño y procesabilidad.