Subido por JOHAN ANDRES RENTERIA COPETE

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Cerámica Internacional 47 (2021) 15604–15610
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Aerogeles BN a base de fibra para la eliminación eficiente y a escala cruzada de
microorganismos y contaminantes en el agua
Zhiwei Chena, Lula Zenga, Shuo Xianga, Yuxian Denga, Kang Jianga, Guangze Hana,
Shiguo Zhanga, Xingyi Geb, Qunhong Wenga,*
aEscuela
de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Hunan, Changsha, 110016, República Popular China
bFacultad
de Biología, Universidad de Hunan, Changsha, 110016, República Popular China
INFORMACIÓN DEL ARTÍCULO
ABSTRACTO
Palabras clave:
La purificación del agua es un tema importante en nuestra vida diaria. Es necesario eliminar eficientemente del agua diversos
Nitruro de boro
contaminantes, desde microorganismos de tamaño micrométrico hasta contaminantes de tamaño molecular o atómico. A diferencia de
aerogel
Fibras
Poroso
Purificación del agua
las técnicas tradicionales de etapa en cascada, presentamos un método de purificación de agua de un solo paso basado en un aerogel
cerámico compuesto de fibras porosas de BN, que realiza>99%microcistisy>98%E. coliremociones de células del agua y adsorciones de
alta capacidad de pesticidas, aceites, compuestos orgánicos, iones metálicos, etc. Las capacidades de adsorción de iones metálicos son
aproximadamente un orden de magnitud más altas que las logradas por los carbones porosos/activados reportados. Nuestros estudios
muestran la importancia de la estructura jerárquica única del aerogel BN para lograr rendimientos notables de purificación de agua; Los
poros de tamaño micrométrico construidos por fibras de alta densidad, las estructuras porosas y los ricos grupos funcionales
superficiales de las fibras BN contribuyen a la eliminación eficiente de diferentes tipos de contaminantes. Estos resultados sugieren las
aplicaciones potenciales de los aerogeles BN hacia la purificación de agua integral y en un solo paso.
1. Introducción
conductividad y aislamiento eléctrico [12-15], y se considera un material potencialmente
importante para la purificación del agua. Podría formar varias estructuras porosas con
Con la expansión de la población mundial, la industrialización y el exceso de
altas superficies específicas, que se propusieron para aplicaciones potenciales en los
agricultura, el problema de la contaminación del agua se vuelve cada vez más
campos de H2y compañía2adsorciones [dieciséis, 17], remociones de contaminantes [18],
grave.1,2]. Varios compuestos, organismos y partículas artificiales y naturales
entrega de medicamentos [19], tratamiento de la contaminación por yodo [20], etc. En los
pueden convertirse en fuentes de contaminación en el agua, como pesticidas,
últimos años, las superficies específicas de los materiales BN porosos desarrollados
compuestos orgánicos, iones metálicos y microorganismos dañinos.2,3]. Las
aumentaron desde menos de 1000 m2gramo−1
tecnologías de purificación de agua desarrolladas se basan principalmente en
[21,22] a más de 1900 m2gramo−1con los esfuerzos realizados por numerosos
técnicas de etapa en cascada, voluminosas y costosas, que emplean diferentes
grupos de investigación [17,23,24]. Los materiales BN porosos obtenidos
materiales, incluidos materiales de filtración y absorbentes.4]. En este campo, el
exhibieron H alto y total reversible.2capacidades de sorción [dieciséis,23,25,26],
desarrollo de métodos simples para eliminar efectiva y simultáneamente diversos
rendimientos de adsorción altos y repetidos en la eliminación de aceite para el
contaminantes del agua se está convirtiendo en un tema atractivo; Se han
tratamiento de agua [18]. Estos avances hacen que sea prometedor y práctico
dedicado enormes esfuerzos al diseño de materiales de última generación para la
diseñar materiales avanzados de purificación de agua basados en estructuras
purificación del agua, incluyendo sílice mesoporosa, carbonos porosos, alúmina,
BN. El aerogel es una red tridimensional (3D) y un material poroso que presenta
zeolitas y resinas poliméricas.5,6]. Estos adsorbentes lograron capacidades y
las características de peso ligero, alta porosidad y alta superficie específica, que
eficiencias de adsorción muy altas debido a sus estructuras porosas y altas áreas
puede actuar como una esponja para capturar microorganismos y otros
superficiales específicas.7-11].
contaminantes en el agua.27]. La polaridad de los enlaces B-N en las fibras BN
El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es una estructura isoelectrónica del grafito.
Como material cerámico en capas típico, h-BN muestra excelente estabilidad química y a
altas temperaturas, resistencia a la oxidación y resistencia térmica.
también es beneficiosa para la adsorción de moléculas e iones orgánicos en agua.
En este trabajo, informamos las preparaciones de aerogeles BN hechos de
fibras BN densas y porosas y su eliminación de contaminantes a escala cruzada.
* Autor correspondiente.
Dirección de correo electrónico:wengqh@hnu.edu.cn (Q. Weng).
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.02.130
Recibido el 23 de noviembre de 2020; Recibido en forma revisada el 10 de enero de 2021; Aceptado el 15 de febrero de 2021
Disponible en línea el 18 de febrero de 2021
0272-8842/© 2021 Elsevier Ltd y Techna Group Srl Todos los derechos reservados.
Z. Chen y col.
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qe = (C0-Ct)V/m
Capacidades en purificación de agua. Se han adoptado una variedad de técnicas
de caracterización para revelar las estructuras de los aerogeles BN, como SEM,
TEM, EDX, IR, Raman y UV/vis. Se investigaron sistemáticamente los resultados de
Donde qe es la capacidad de adsorción, C0es la concentración inicial de la
solución, y Ctes la concentración después de la adsorción. V y m son el
volumen de la solución y la masa del adsorbente, respectivamente.
eliminación de contaminantes de los materiales en el agua; microcistisyE. colise
utilizaron células como microorganismos contaminantes modelo y se evaluó su
eficiencia de eliminación filtrando a través de aerogeles BN; También se
Adsorciones de Aceite y Compuestos Orgánicos.Las capacidades de
investigaron sistemáticamente las capacidades de adsorción de colorantes,
adsorción de petróleo y compuestos orgánicos se midieron mediante los cambios
pesticidas, iones metálicos y otros compuestos orgánicos mediante
de peso antes y después de la adsorción de los adsorbentes. Las masas de las
espectroscopia UV/vis o cambios de peso del adsorbente. Nuestros resultados
muestras de aerogel BN se midieron en primer lugar y se volvieron a medir
revelaron que los aerogeles BN a base de fibra eran ideales para la eliminación
después de empaparlas en aceite o disolventes orgánicos después de un cierto
simultánea y eficiente de diversos contaminantes en el agua, incluidos
tiempo. La capacidad de adsorción se obtuvo dividiendo el cambio de masa del
microorganismos y compuestos moleculares de tamaño micrométrico o incluso
adsorbente por el peso inicial del aerogel BN (% en peso).
iones, lo que demuestra la viabilidad del desarrollo de aerogeles BN de
vanguardia hacia un solo paso y un proceso integral. purificaciones de agua.
3. Resultados y discusiones
2. Materiales y métodos
ácido bórico y melamina (2B⋅M) precursor (Figura 1a). Se podría cortar en
Los aerogeles BN blancos y monolíticos se sintetizaron a partir del aducto de
diferentes formas, como se muestra enFigura 1b. Las densidades medidas para
Síntesis de materiales.Las muestras de aerogel BN se prepararon mediante
los aerogeles BN obtenidos fueron ~50 mg g−1. Las muestras de aerogel BN
pirólisis de ácido bórico y aductos de melamina bajo flujos de amoníaco.dieciséis,
fueron denominadas BNA900, BNA1000 y BNA1100 según las diferentes
28, 29]. El diagrama de flujo esquemático para el procedimiento de síntesis se
temperaturas de síntesis utilizadas, las cuales se caracterizaron sistemáticamente.
muestra en Figura S1, Información de soporte. Brevemente, se añadieron ácido
Las imágenes SEM revelan que el aerogel está formado por fibras densas con una
bórico y melamina con una relación molar de 2:1 en agua destilada/terc-butanol
longitud de más de 100 μm y un ancho de 0,5 a 2,0 μm, y forma estructuras de
con una relación vol:vol de 1:1. La solución transparente mixta se sonicó a
poros de tamaño micro.Figuras 1c yd, S2, Información de soporte). Imágenes TEM
temperatura ambiente para obtener un hidrogel, que se procedió a liofilización
(Figura 1e y f yT3) muestran que las fibras BN son principalmente amorfas y hay
para obtener el precursor monolítico. Las muestras de aerogel BN se prepararon
ricas estructuras de poros en las superficies de las fibras. Estas estructuras
mediante tratamientos de calcinación de los precursores a altas temperaturas en
porosas indican las posibles aplicaciones de los aerogeles BN para adsorciones.
gas amoníaco durante 3 h. Diferentes temperaturas de 900, 1000 y 1100◦C fueron
Hay dos patrones XRD detectados en las muestras de aerogel BN (Figura 2a) en
adoptados para la síntesis. En este caso, se adoptaron disolventes mixtos para
2theta de 25,4 y 42,6 grados, correspondientes a (002) y (100) difracciones de la
formar fibras largas de BN; Los tratamientos a alta temperatura en un entorno de
fase h-BN, respectivamente. Los espectros FTIR mostrados enFigura 2b confirmar
amoníaco se utilizaron para crear fibras BN altamente porosas con ricos grupos
la presencia de vibraciones B – N dominadas a 1382 y 800 cm−1en las muestras.
funcionales superficiales.
Picos débiles a 3413 y 3219 cm.−1surgen de vibraciones O – H y N – H,
Caracterizaciones de Materiales.Las morfologías y estructuras de las
respectivamente, lo que indica posibles modificaciones químicas de la superficie
muestras de aerogel BN se caracterizaron mediante microscopios SEM (MIRA3
por grupos funcionales. Estas modificaciones químicas pueden confirmarse aún
LMH, TESCAN) y TEM (Titan G260-300). Los análisis de XRD en polvo se realizaron
más mediante los espectros UV/Vis de las muestras, cuyas longitudes de onda de
en un difractómetro PANalytical BV Empyrean utilizando Cu Kα. Los espectros FTIR
absorción de inicio están entre 350 y 400 nm (Figura S5). Se sabe que los cristales
se realizaron en un espectrómetro Bruker Vertex 70, mientras que los espectros
de h-BN puros tienen una absorción de inicio UV/vis a ~210 nm; El dopaje y la
Raman se registraron en un sistema Raman WITEC alpha300R utilizando un láser
funcionalización provocarán un desplazamiento al rojo de la absorción en los
de excitación de 532 nm. Las curvas de trabajo estándar de reactivos orgánicos e
materiales h-BN [30,31]. Los espectros EDX se muestran enFigura 2c revela que las
iones metálicos se midieron en un espectrómetro ultravioleta-visible Shimadzu
principales composiciones químicas de los aerogeles BN son B y N con contenidos
UV-2600. Las imágenes microscópicas de fluorescencia se tomaron en un sistema
menores de O. La intensidad del elemento C disminuye junto con el aumento de la
Motic AE31E-EF-INW.
Eliminaciones de microorganismos.microcistisyE. coliLas células se utilizaron
como algas y bacterias contaminadas representativas para las pruebas de
temperatura de síntesis. El rico O en las muestras concuerda bien con los
resultados de FTIR y UV/vis, indicando también la posible presencia de grupos
funcionales en las superficies del material.
purificación y tratamiento del agua, respectivamente. Al fluir elmicrocistis(
concentración: 4.1×107cuenta ml−1) yE. coli(concentración: 1,3×107
cuenta ml−1) soluciones a través de las muestras de aerogel BN, los filtrados se
recogieron para su análisis. El número demicrocistiscélulas yE. colien una unidad
de volumen antes y después de la filtración se midieron mediante el método de
citometría y se utilizaron para calcular la eficiencia de eliminación. las
concentraciones demicrocistisLas células en agua también se determinaron
mediante espectroscopía de fluorescencia debido a la presencia de clorofila a en el
microcistiscélulas.
Los aerogeles BN obtenidos fueron propuestos para la eliminación de
microorganismos en aguas contaminadas, tales comomicrocistisyE. coli. La
proliferación demicrocistisen el agua no sólo afecta a todo el ecosistema
acuático, provocando la muerte masiva de organismos acuáticos, sino que
también amenaza la salud pública debido a las toxinas que liberan [32,33].
Después de filtrar elmicrocistis-agua contaminada (concentración: 4,1×107
cuenta ml−1) a través de los aerogeles BN, las eficiencias de eliminación para todos
los aerogeles BN superan el 99% (Fig. 3C).Fig. 3b muestra los cambios en la
Adsorciones de colorantes orgánicos e iones metálicos.Se prepararon
intensidad de la fluorescencia de la clorofila delmicrocistis-Agua contaminada
soluciones de RhB y MB con diferentes concentraciones y se midieron sus curvas
antes y después de filtrarla por diferentes materiales. La fluorescencia de clorofila
de trabajo estándar de absorbancia. Se sumergió un trozo de muestra de aerogel
BN de ~10 mg en la solución de tinte de 20 ml con diferentes concentraciones para
el experimento de adsorción. Las concentraciones de las soluciones de tinte
detectada se origina en lamicrocistiscélulas en agua, cuya intensidad es
proporcional al número demicrocistiscélulas en una unidad de volumen. Entre
ellos, BNA1000 exhibe el mejor rendimiento de eliminación en comparación con
después de las adsorciones se midieron mediante el espectrómetro UV/vis. CuCl2⋅
otros materiales filtrantes comunes, como el papel de filtro, el algodón y los
2H2O, Co(NO3)2⋅6H2O, Ni(NO3)2⋅6H2O, FeCl3⋅6H2O y K2cr2oh7Soluciones con una
carbones activados. No se detectó ninguna fluorescencia obvia de clorofila en el
concentración de iones metálicos de 200 mg L.−1
agua filtrada para la muestra BNA1000; la eficiencia de remoción medida por el
fueron preparados para las pruebas de adsorción. Se agregaron aproximadamente 50
método de Citometría alcanza hasta el 99,7%, muy superior a las del carbón
mg de muestra de aerogel BN a 200 ml de soluciones que contenían los iones metálicos
activado (22,9%), algodón (42,4%) y papel de filtro (88,1%), como se muestra enFig.
deseados; y las soluciones se agitaron durante la noche para alcanzar los equilibrios de
3C.
adsorción. La capacidad de adsorción se calculó con base en la fórmula:
Imágenes SEM (Figura 3e y S6) revelan los mecanismos de eliminación de la
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Figura 1.(a) Fotografía de 2B⋅Precursores de aerogel M después de la liofilización. (b) Fotografía del aerogel BN sintetizado. ( c, d ) Imágenes SEM típicas de aerogel BN sintetizadas a
1000◦C. Muestra que el aerogel BN está hecho de fibras con una longitud superior a 100 μm y un ancho de 0,5 a 2,0 μm. ( e, f ) Imágenes TEM de aerogel BN sintetizadas a 1000◦C.
Figura 2.(a) Patrones de XRD de aerogeles BN preparados a diferentes temperaturas. (b) Espectros FTIR de aerogeles BN. (c) Espectros EDX de los aerogeles.
microcistiscélulas en agua,es decirlas células quedan atrapadas de forma independiente
densamente empaquetado en los espacios entre las fibras BN (poros) después del
en las posiciones de los poros de tamaño micro de los aerogeles. Este fenómeno también
filtrado. A partir de estos resultados, podemos ver que los materiales de aerogel BN
se observó claramente bajo un microscopio de fluorescencia. Como se vio enFigura 4, el
desarrollados proporcionan una manera eficiente y sencilla de limpiar elmicrocistis
rojomicrocistisLas células se visualizan bajo la excitación de luz de 540 nm, mientras que
células del agua contaminada. Este método es ventajoso en comparación con el
las fibras BN del aerogel se pueden ver bajo excitación de luz de 350 y 480 nm. Los
tratamiento de cloración comúnmente adoptado, porque la técnica actual no dará lugar a
resultados muestran que elmicrocistislas células son
enormes consumos de oxígeno disuelto causados por microorganismos.
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Fig. 3.(a) Ilustración esquemática de la configuración de
filtrado. (b) Espectros de fluorescencia demicrocistis-Agua
contaminada antes y después de tratamientos de filtración
con diferentes materiales. La fluorescencia a 670 nm es
causada por la clorofila a enmicrocistis células. (c)
Eficiencia de eliminación demicrocistisceldas para
diferentes materiales filtrantes. (d) Eficiencia de
eliminación deE. colipara diferentes materiales. Las
eficiencias de eliminación en c,d se miden mediante el
método de citometría. ( e, f ) Imágenes SEM de los
aerogeles BN después del filtrado microcistis-(mi) yE. coli-(
f) agua contaminada, respectivamente.
y S8revelar una agregación severa deE. colicélulas en las superficies de las fibras
muerte y problemas de reactivos químicos residuales [34].
Además de las algas, las bacterias comoE. colies otro tipo de microorganismo
BN después de fluir a través del aerogel.E. coliLas celdas tienen carga negativa, lo
contaminante del agua, que puede causar graves problemas de salud pública [35]. el
que puede agregarse si se rompe dicho equilibrio de carga. Porque las superficies
serotipoE. coliPuede causar infecciones gastrointestinales humanas y muchas otras
de las fibras BN contienen –NH2o grupos –NH–, estos grupos funcionales
enfermedades debido a antígenos de fimbrias específicos y toxinas patógenas.33].E. coli
generalmente están cargados positivamente debido a la protonación parcial en
tiene un tamaño menor que elmicrocistiscélulas y se espera que penetre fácilmente en
soluciones acuosas, similar a los floculantes de polietilenimina y quitosano.37].
los poros del tamaño de un micrómetro. Y sorprendentemente, descubrimos que los
Estos grupos funcionales promueven las adherencias deE. colicélulas en las
aerogeles BN podían limpiar excelentemente laE. coli células del agua contaminada.
superficies BN y dan como resultado agregaciones para separaciones eficientes.
Como se muestra enFig. 3d, las muestras de aerogel BN preparadas a diferentes
temperaturas pueden eliminar elE. colicélulas hasta el 98,5%. En comparación, las
Desde el primer informe sobre la preparación de estructuras porosas de BN
eficiencias de eliminación de otros materiales filtrantes son sólo del 25,6% para el carbón
mediante la pirólisis de 2B⋅M precursores [dieciséis], se ha demostrado repetidamente
activado, del 70,8% para el algodón y del 79,5% para el papel de filtro, respectivamente,
que las altas superficies específicas de los materiales BN obtenidos superan los 1000 m2
mucho más bajas que las de los aerogeles BN. Los espectros Raman de BNA antes y
gramo−1[17]. La característica porosa del 2B⋅Los BN derivados de M hacen que los
después del filtrado también confirman el alto rendimiento de bloqueo para elmicrocistis
materiales resultantes sean adecuados para diversas adsorciones de compuestos e
yE. coli. Como se muestra enFigura S4, el BNA1000 preparado exhibe un pico Raman
iones. En primer lugar, probamos el rendimiento de adsorción de los aerogeles BN para
característico a 1377 cm−1perteneciendo ah-BN E2gmodo, que se vuelve débil o incluso
rodamina B (RhB) y azul de metileno (MB), dos tintes típicos de uso frecuente. La
enterrado en los picos intensos emergentes.Estos picos que surgen después de la
contaminación de estos colorantes, por ejemplo RhB, puede provocar cáncer, destruir la
filtración son causados por las biomoléculas de los microorganismos.36].
hemoglobina, etc. [38,39] Como se sugiere enfigura 5a, los aerogeles BN a base de fibra
tienen excelentes eficiencias de eliminación de estos tintes.figura 5a muestra las
absorbancias UV/vis de las soluciones de tinte antes y después de las adsorciones, lo que
Como se mencionó anteriormente, el tamaño deE. coliestá en una escala submicrónica, lo
que debería dificultar el bloqueo de las células bacterianas por los poros de tamaño
indica las adsorciones casi perfectas de estos tintes orgánicos. Las capacidades de
micrométrico. Tanto los resultados de SEM como los de fluorescencia se muestran enFig. 3F,T7
adsorción (qe) de estos colorantes son
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Figura 4.Imágenes de fluorescencia de aerogeles BN después del filtrado.microcistis-agua contaminada. ( a, d ) Imágenes de fluorescencia de aerogeles excitados por una luz de 350 nm con diferentes
aumentos. ( b, e ) Imágenes de fluorescencia de aerogel en las mismas posiciones excitadas por una luz de 480 nm. (c,f) Imágenes de fluorescencia excitadas por una luz de 540 nm. Los rangos
registrados en df son el área ampliada etiquetada en a.
Figura 5.Rendimiento de adsorción del aerogel BNA1000 para diversos tintes orgánicos, iones metálicos, pesticidas y reactivos orgánicos. (a) Espectros UV/vis de 10 mg L−1Soluciones de RhB y MB antes
y después de la adsorción de aerogel BN. (b) Curvas de adsorción isotérmica de RhB y MB a temperatura ambiente con ajustes mediante la ecuación de Langmuir. (c) Capacidades de adsorción para
diferentes iones metálicos. Consulte los detalles de las pruebas en la sección Experimental. (d) Espectros UV / vis de soluciones de foxim antes y después de la adsorción de aerogel BN. (e) Capacidades
de adsorción de diversos reactivos orgánicos. (f) Rendimiento de adsorción cíclica del aerogel BN a base de fibra después del tratamiento de combustión de los aceites adsorbidos.
calculado en base a los cambios de absorbancias de la solución antes y después de
Los iones metálicos de las aguas residuales industriales, en particular los iones de
las adsorciones; Las curvas de trabajo estándar se pueden ver enHigos. T11-T12.
metales pesados, deben tratarse bien antes de descargarse. La naturaleza de porosidad y
Las adsorciones isotérmicas que se muestran enfigura 5b puede equiparse con el
los enlaces bipolares B-N de las fibras BN obtenidas hacen que los materiales BN sean
modelo Langmuir, que proporciona una capacidad de adsorción de 305 mg g−1
excelentes candidatos para la adsorción de iones metálicos. Los resultados muestran que
para RhB y 342 mg g−1para MB, respectivamente. Estos valores superan los de los
los aerogeles BN a base de fibra pueden absorber 527 mg g−1iones de cobre, mucho más
carbones activados y sílices informados con capacidades de adsorción de RhB de
altos que los del carbón activado informado (75,78 mg g−1) [43]. Mientras tanto, también
77 a 281 mg g.−1y capacidad de MB de 66 a 288 mg g−1[40–42].
evaluamos las capacidades de adsorción de los aerogeles BN.
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para otros iones metálicos, incluido Co2+, ni2+, fe3+y cr2oh2capacidades de adsorción consideradas de Co2+, ni2+, fe3+y cr2oh2-
7
7son
. El
Los iones metálicos eran aproximadamente un orden de magnitud más altos que los de
176,
los carbones porosos/activados informados. Estos eficientes resultados de eliminación a
135, 262 y 68 mg g−1, respectivamente. Verfigura 5C.
escala cruzada de microorganismos, moléculas orgánicas e iones metálicos en el agua
Como sabemos, el principal mecanismo de adsorción de iones metálicos sobre
proporcionaron una forma sencilla y de un solo paso para la purificación del agua. Este
materiales de carbono porosos es la fisisorción si las superficies de carbono no se
trabajo inspirará futuros diseños de materiales e innovaciones tecnológicas para
modifican químicamente. Estas interacciones son mucho más débiles que la
purificaciones de agua integrales y eficientes en un solo paso.
quimisorción. Los ricos grupos funcionales en las superficies BN, incluidos
– OH y –NH2, puede coordinarse químicamente con iones metálicos y dar como resultado
Fuentes de financiamiento
altas capacidades de absorción de estos iones metálicos en los materiales BN actuales. El
–NH con carga parcialmente positiva2Los grupos pueden atraer Cr negativo.2oh2-
Fundación Nacional de Ciencias de la Naturaleza de China (NSFC; no.
7
iones por interacciones electrostáticas. Además, las estructuras porosas de las fibras de
21903021); la Plataforma de Innovación y Plan de Talento de la provincia de Hunan
los aerogeles tienen grandes superficies expuestas disponibles para la adsorción de
(2019RS1027); y los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades
iones metálicos, lo que es otro factor importante para las adsorciones de alta capacidad
Centrales (Universidad de Hunan: 531119200114).
de varios iones metálicos. Estas características hacen del BNA un excelente tipo de
adsorbente para la adsorción de iones metálicos. Las capacidades de adsorción
Declaración de intereses contrapuestos
resultantes del aerogel BN son mucho mayores que las de los adsorbentes reportados.
Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia
ni relaciones personales conocidas que pudieran haber influido en el trabajo
presentado en este artículo.
Por ejemplo, los valores qe de los reportados
carbones activados o biocarbón para Cu2+, co2+, ni2+, fe3+y cr2oh2-
7iones
fueron 75,78 mg g−1[43], 83,6 mg·g−1[44], 24,08 mg·g−1[45], 15,54 mg·g
7,5 mg·g−1[47]. respectivamente. Además, el Cu medido2+La
capacidad del presente aerogel BN también es notablemente mayor
que la del BN poroso (374 mg g−1) [48] y nanohojas BN (488 mg g−1) [49
].
−1[46],
Reconocimiento
Nos gustaría agradecer al Dr. Xinxin Feng de la Facultad de Química e
Los pesticidas, los aceites derramados y otros reactivos orgánicos también son
Ingeniería Química de la Universidad de Hunan por su ayuda técnica en
el origen de la contaminación del agua [50]. Los aerogeles BN a base de fibra
experimentos biológicos SEM. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional
muestran excelentes rendimientos de adsorción para estos compuestos
de Ciencias de la Naturaleza de China (NSFC; no. 21903021), la Plataforma de
orgánicos. Aquí utilizamos un pesticida que contiene fósforo (phoxim) como
Innovación y Plan de Talento de la provincia de Hunan (2019RS1027) y los Fondos
ejemplo para verificar el potencial de los aerogeles BN para tratamientos con
de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales (Universidad de
pesticidas. Las absorbancias UV/vis de las soluciones de foxim antes y después de
Hunan: 531119200114).
las adsorciones se muestran en figura 5d; la concentración de foxim se vuelve muy
baja con una eficiencia de eliminación del 87%.figura 5e resume las capacidades
Apéndice A. Datos complementarios
de adsorción de los aerogeles BN para otros compuestos orgánicos como aceite
lubricante, éter anhidro, xileno, tolueno, cloroformo y glutaraldehído. La
Los datos complementarios de este artículo se pueden encontrar en línea enhttps://
capacidad de adsorción de aceite lubricante alcanza el 1000% en peso; para
doi. org/10.1016/j.ceramint.2021.02.130.
compuestos de hidrocarburos aromáticos como xileno y tolueno, las capacidades
de adsorción son aproximadamente 1500% en peso; la capacidad de adsorción de
Referencias
glutaraldehído alcanza hasta el 2700% en peso. El rendimiento demostrado de
adsorción de aceites lubricantes por parte de los aerogeles BN es superior al de
[1] Q. Wang, ZM Yang, Contaminación del agua industrial, tratamiento del medio ambiente del agua y
riesgos para la salud en China, Environ. Contaminación. 218 (2016) 358–365,https://doi.org/
las heces de animales.51], minerales de arcilla [52], y otros BN similares a espuma
10.1016/j.envpol.2016.07.011.
reportados [18].
[2] S. Wong, N. Ngadi, IM Inuwa, O. Hassan, Avances recientes en aplicaciones de carbón activado a
Estas altas capacidades de adsorción deberían originarse a partir de fuertes
partir de residuos biológicos para el tratamiento de aguas residuales: una breve reseña, J. Clean.
Pinchar. 175 (2018) 361–375,https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.059.
interacciones π-π de las superficies de BN con los reactivos aromáticos y de interacciones
dipolodipolo con las moléculas polares. Además, el BN está compuesto de átomos ligeros
de B y N, lo que también es una razón importante para que los materiales alcancen
capacidades de adsorción específicas muy altas para diversos compuestos
contaminantes. Dado que el BN tiene una estabilidad química y una resistencia a la
oxidación muy altas, los aceites adsorbidos podrían quemarse para regenerar los
adsorbentes para su reutilización.53].figura 5f es el rendimiento de adsorción cíclica de
[3] FL Fu, Q. Wang, Eliminación de iones de metales pesados de aguas residuales: una revisión,
J. Medio Ambiente. Gestionar. 92 (2011) 407–418,https://doi.org/10.1016/j.
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los aerogeles BN. Como podemos ver, la capacidad de adsorción de aceite aún puede
mantenerse en 1000% en peso después de cinco ciclos, lo que confirma su excelente
reutilización.
4. Conclusiones
En resumen, revelamos el alto rendimiento y el gran potencial de los aerogeles de
BN, que estaban hechos de fibras de BN densas y porosas, en la eliminación de
contaminantes a escala cruzada para la purificación de agua. Los aerogeles lograron
eliminaciones altamente eficientes de tamaños (sub)micrométricos.microcistisyE. coli
células con eficiencias de>99% y>98% en agua, respectivamente. microcistisLas células
quedaron atrapadas principalmente por los poros del tamaño de un micrómetro del
aerogel, mientras que elE. coliLas células se detuvieron mediante adherencias y
agregaciones celulares en las superficies de las fibras BN. Los aerogeles BN también
exhibieron excelentes adsorciones de tintes orgánicos, iones metálicos, pesticidas y otros
compuestos orgánicos, que se atribuyeron a las estructuras porosas de las fibras BN, los
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