El documento digital no refiere asesor / La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos. / Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Perú). Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) / Tesis

Describe una síntesis verde para la producción de nanopartículas de hierro cero valente (nZVIs). En la fabricación de las nanopartículas se utilizaron extractos de cereza capulí (Prunus serotina) y mortiño (Vaccinium floribundum) como agentes reductores y estabilizantes. Las nanopartículas se caracterizaron mediante técnicas dispersión dinámica de luz (DDL), Espectroscopia Ultravioleta Visible (UV-VIS), Microscopía de Transmisión Electrónica (MET), Difracción de Rayos X (DRX) y Espectrometría Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR). Las nanopartículas de hierro cero valente preparadas con mortiño (vZVI), se utilizaron para evaluar la eliminación de los hidrocarburos totales de petróleo (HTPs) en agua y suelo en pruebas en lotes. La cinética de remoción de HTPs en suelos, se realizó utilizando relación 1 gramo de suelo:1 mililitro de nanopartículas vZVI (0,1MFe) durante 40h. Adicionalmente, se realizaron ensayos en columnas empacadas con arena de río contaminada con ~10000 ppm de HTPs. En estos ensayos se transfirieron soluciones de nanopartículas vZVI durante 36 horas a un flujo de 5 mL/min, utilizando diferentes proporciones gramos de suelo: mililitros de nanopartículas (1:0,5; 1:1; 1:2). Finalmente, usando el programa Visual ModFlow Pro-Model Muse, se modeló la formación de la pluma de contaminación en el prototipo de acuífero confinado luego de la inyección de HTPs a través de dos pozos. Posteriormente, se liberó nanopartículas (vZVI) en el acuífero a través de pozos de inyección y se estimó el flujo, transporte y degradación de los contaminantes durante 100 días. Las nanopartículas de hierro sintetizadas con extracto de mortiño (V. floribundum) tuvieron un diámetro de 13,2 nm analizadas con DDL y MET, mientras que el diámetro de las nZVI preparadas con extracto capulí (P. serotina) fue de 11,9 nm. Luego de la optimización del protocolo de preparación de las nanopartículas, se obtuvo 5 VI diámetro en el intervalo de 5-10 nm. Los estudios UV-Vis de las nanopartículas preparadas con el extracto de mortiño (V. floribundum) y diámetros entre 5.8 y 10 nm, indican que el pico con la máxima absorbancia corresponde a la exitación de los plasmones de superficie y ocurre a una longitud de onda de 205 nm (región infrarroja). Por otro lado, los espectros DRX de las nanopartículas muestran picos que se asocian con hematita y hierro cero valente, siendo la concentración de Fe(0) del 5% y del 24% para protocolo con capulí y mortiño, respectivamente. Los espectros de FTIR muestran grupos funcionales comunes en nanopartículas y en los extractos de frutas, aunque existe un pequeño desplazamiento de la longitud the onda en los espectros de las nanopartículas. Los picos corresponden a los polifenoles que son los componentes clave para la síntesis de las nanopartículas. En las pruebas en lotes para remover HTPs desde agua, utilizando nanopartículas vZVI con 24% de hierro, los porcentajes de remoción estimados son 85.94% (CHTPs,i = 9.32 mg/L) y 88.34% (CHTPs,i = 94.20 mg/L). En cambio para suelos la remoción fue de 81.90% (CHTPs,i = 5000 mg/kg) y 24,6% (CHTPs,i = 1284 mg/kg). La cinética de remoción de HTPs, se completó en 40h con una remoción de 36.61% (CHTPs,i = 304.26 mg/kg) y 81.76% (CHTPs,i = 5100 mg/kg) y los datos se ajustaron a una cinética de orden cero y de primer orden, en ese orden. Con las columnas en lecho fijo se logró mayor degradación de los hidrocarburos de petróleo: 86.20% para CHTPs,i = 10000 mg/kg, 89.76% para CHTPs,i = 5000 mg/kg y 39.18 % para CHTPs,i = 1000 mg/kg. Se nota que la remoción es mas eficiente cuando el suelo tiene mayores concentraciones de HTPs. Por otra parte, en los ensayos de remoción de petróleo utilizando el prototipo de acuifero confinado, se obtuvo una máxima remoción de 87%. Los mecanismos de remoción de HTPs se cree que están asociados con la interfase suelo-agua-hierro, iniciados con la reacción Fenton. Finalmente, se observó una nítida pluma de contaminación en el acuífero al modelarse el VII destino y el transporte del HTPs utilizando el programa Visual ModFlow Pro-Model Muse. Además, con este mismo programa se pudo observar la extinción de la pluma después de la liberación de las nanopartículas a través de los pozos de inyección.En este contexto, los resultados sugieren que las nanopartículas vZVI podrían ser una tecnología prometedora para limpiar los suelos y aguas contaminados con HTPs. / Tesis