Modificación química del alginato de sodio con tiosemicarbazida para la remoción de plomo (II) y cadmio (II) en soluciones acuosas

Abstract

En el presente trabajo, se modificó químicamente al alginato de sodio con tiosemicarbazida (TSC), mediante una reacción oxidativa con peryodato de sodio en medio acuoso a temperatura ambiente bajo completa oscuridad. El producto sintetizado es un alginato parcialmente oxidado, el cual se hizo reaccionar con la TSC en medio acuoso entre 40 - 45 °C para finalmente obtener el alginato modificado (Alg-TSC). La tiosemicarbazida presenta en su estructura un grupo tiona (C=S) y un grupo amino libre (-NH2) lo que le permite actuar conjuntamente con el grupo carboxilato (COO-) propio del alginato, como un agente quelante cuya función principal es la de coordinarse a centros metálicos pesados, tales como el cadmio (Cd) y el plomo (Pb). Se obtuvieron los espectros IR en modo reflactancia total atenuada, tanto del alginato de sodio sin modificar, del alginato oxidado, del alginato modificado con TSC (Alg-TSC) y del alginato modificado después de la sorción con plomo (Alg-TSC-Pb). Además, se obtuvieron los espectros de 13C mediante resonancia magnética nuclear en estado sólido con polarización cruzada, tanto del alginato de sodio, alginato oxidado, Alg-TSC y del Alg-TSC-Pb; se analizaron sus picos más característicos y se asignaron sus posibles señales. Asimismo, los termogramas y las curvas de flujo calorífico de estos mismos compuestos, permitió obtener información de la naturaleza del polímero en sus diferentes fases de síntesis y luego de la sorción. Finalmente, se determinó la capacidad de sorción del polímero modificado (Alg-TSC) ante la única presencia de iones Pb2+ y Cd2+ mediante la elaboración de isotermas de sorción, reportándose un valor de qmáx de 680 mg.g-1 y 550 mg.g-1 respectivamente, conjuntamente con las condiciones adecuadas de pH para cada metal optimizando así el proceso de sorción.

Chemical modification of alginate with thiosemicarbazide was achieved by an oxidative reaction between alginate and sodium peryodate in aqueous medium at room temperature in complete darkness. The obtained product is a partially oxidized alginate which reacts with thiosemicarbazide (TSC) in aqueous medium at around 40 – 45 °C giving a new modified structure of alginate (Alg-TSC). Thiosemicarbazide has a thione (C=S) and an amino free group (-NH2) in its structure which allows the molecule to behave as a chelate agent, whose main function is to coordinate heavy metal ions such as cadmium (Cd) and lead (Pb) combined with the carboxylate group (COO-) of the alginate. ATR-IR spectra were obtained from the alginate and its derivatives including the spectra of modified alginate after the adsorption with lead (Alg-TSC-Pb). Besides this, 13C CP-MAS NMR spectra were obtained of all alginate derivatives even the complex Alg-TSC-Pb. Its characteristic peaks were analyzed and its possible signals were assigned. As well as that, TG and DSC curves of these polymeric structures give very important information about the behavior of alginate during chemical modification and when it is surrounded by heavy metal ion. Finally, the adsorption capacity of the modified polymer was estimated with only Pb2+ and Cd2+ ions in the aqueous medium reporting a maximum value of qmáx = 680 mg.g-1 and qmáx = 550 mg.g-1 respectively. Moreover, optimal conditions of pH were determined in order to enhance the adsorption process.