Tesis Doctoral IInntteerraacccciióónn ddee mmeettaalleess ppeessaaddooss ccoonn ddiiffeerreenntteess mmaattrriicceess oorrggáánniiccaass Grassi, Diego Alejandro 2015-05-15 Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente. This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis Federico Leloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the corresponding citation acknowledging the source. Cita tipo APA: Grassi, Diego Alejandro. (2015-05-15). Interacción de metales pesados con diferentes matrices orgánicas. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Cita tipo Chicago: Grassi, Diego Alejandro. "Interacción de metales pesados con diferentes matrices orgánicas". Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2015-05-15. DDiirreecccciióónn:: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. CCoonnttaaccttoo:: [email protected] Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293 UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Química Orgánica Interacción de metales pesados con diferentes matrices orgánicas Tesis presentada para optar al título de Doctor de la Universidad de Buenos Aires Área Química Orgánica Diego Alejandro Grassi Directoras de Tesis Dra. Alicia Fernández Cirelli Dra. Norma Beatriz D’Accorso Consejera de Estudios Dra. Norma Beatriz D’Accorso Buenos Aires, Febrero 2015. Fecha de defensa: 15/05/15 Interacción de metales pesados con diferentes matrices orgánicas El objetivo general de este trabajo es estudiar la forma de interacción entre tres matrices orgánicas diferentes y los metales pesados. Con este propósito, se diseñaron, sintetizaron y evaluaron tres nuevas matrices para ser utilizadas como agentes secuestrantes de metales pesados. Estos nuevos materiales son de naturaleza química diversa: polímeros, tensioactivos derivados de hidratos de carbono y biomasa muerta. Los tensioactivos presentados son derivados de alquil glucósidos, diseñados para obtener sustituyentes con capacidades quelantes en sus cabezas hidrofílicas. La obtención de estos compuestos se llevó a cabo mediante una síntesis en tres etapas. En una primer paso se produce la O-glicosidación de una unidad de glucosa con un alcohol graso. En una segunda etapa se realiza la conversión del grupo alcohol en C6 de la unidad de glucosa a ácido carboxílico. Finalmente en la última etapa se produce el acoplamiento de diferentes grupos funcionales en el carboxilo del ácido glucurónico buscando obtener la función quelante. Los ensayos para la remoción de metales pesados se llevaron a cabo empleando el método conocido como flotación. Las propiedades interfaciales de todos productos obtenidos son caracterizadas, así como también los equilibrios de formación de complejos para los productos más eficaces. La eficiencia de remoción es discutida en detalle en función de las propiedades estudiadas. El material polimérico utilizado es un polímero con sustituyentes tetrazólicos. Este producto es obtenido mediante una sencilla modificación química efectuada sobre fibras de un copolímero de acrilonitrilo que es un descarte industrial. La transformación consiste en una cilcoadición dipolar 1,3. El material así sintetizado demostró ser aplicable en la precipitación de metales pesados divalentes, presentando además la ventaja de ser reutilizable. Todos los materiales obtenidos, son caracterizados física, térmica y espectroscópicamente, con el objetivo de comprender la forma de interacción. La biomasa fue obtenida a partir del hongo macroscópico polyporus tenuiculus sin mayores tratamientos y fue utilizada como sorbente para metales pesados divalentes, en soluciones mono- y multi-sorbato. Se caracteriza la cinética, las isotermas de sorción y la dependencia de la eficiencia de remoción con los factores experimentales. El sorbente demuestra ser eficiente para remoción de metales pesados, presentando la ventaja se ser reutilizable. Se comparan las ventajas y desventajas en la utilización de las tras matrices estudiadas. Palabras clave: surfactante, quelato, flotación, polímero con sustituyentes tetrazoles, precipitación, sorción, remoción de metales pesados. Interaction of heavy metals and different organic matrixes The overall objective of this work is to study the interaction between three different organic matrixes with heavy metals. For this purpose, three new matrixes for use as heavy metal sequestering agents were designed, synthesized and evaluated. These new materials are of different chemical nature: polymers, surfactants derived from carbohydrates, and dead biomass. The studied surfactants are derived from alkyl glucosides, designed with substituents having chelating capabilities in their hydrophilic heads. The preparation of these compounds is carried out by a three-step synthesis. In a first stage occurs the O-glycosylation of a glucose unit with a fatty alcohol. In a second stage the alcohol group in the C6 of the glucose unit is converted in carboxylic acid. Finally, in the last stage, different functional groups are coupled to the carboxyl group of the glucuronic acid, and so, the desired chelating function is obtained. The tests for removing the heavy metals were carried out using the method known as flotation. Interfacial properties of all the products obtained are characterized as well as the complexation equilibria for the most effective products. Removal efficiency is discussed in detail in terms of the properties studied. The polymeric material used is a polymer with tetrazolic pendan group. This product was obtained by a simple chemical modification conducted on the fibers of a copolymer which is an industrial waste. The transformation consists in a dipolar cyclo addition 1,3. The material thus synthesized proved to be applicable in the precipitation of divalent heavy metals, also having the advantage of being reusable. All materials obtained were characterized physical, thermal and spectroscopically, with the aim of understand the mechanism of interaction. Biomass was obtained from the macroscopic fungus polyporus tenuiculus without further treatment and was used as a sorbent for divalent heavy metals, in mono- and multi- sorbate solutions. Kinetics, sorption isotherms and dependence of removal efficiency are characterized with the experimental factors. The sorbent proved be efficient for the removal of heavy metals, and showed the advantage of being reusable. The advantages and disadvantages in the use of the three studied matrixes are compared. Keywords: surfactant, chelate, flotation, tetrazolic pendant group, polymer, precipitation, sorption, removal of heavy metals A mis hijos, Julieta y Emiliano, que son la fuerza impulsora que me lleva a esforzarme todos los días. A mis papás, Carlos y Graciela, que me educaron de la mejor manera, mas con el ejemplo que con la palabra. A Amalia, por todo el apoyo recibido. A la abuela Ana, una de las más fervientes entusiastas de mis estudios. Este trabajo no hubiera sido posible sin la importante contribución de muchas personas. Las cuales contribuyeron de diversas maneras en este proyecto, unos más desde lo anímico, otros más desde lo técnico, y algunos desde ambos, pero sin dudas todos imprescindibles. A la Dra. Alicia Fernández Cirelli, por confiar en mí, por todo el afecto que me brinda, por todas las sugerencias y orientaciones recibidas que fueron una guía invaluable durante este proceso. A la Dra. No m D’A o o, po o o ño que me brindo durante estos años, por sus consejos y por el enorme esfuerzo realizado para ayudarme a terminar este trabajo. A los Dres. José Kovensky, Nadède Ferlin y Eric Grand, por su caluroso recibimiento en Amiens, por las sugerencias, las ideas y sus muy enriquecedores intercambios. Al Dr. Mariano Castro, el cual estuvo siempre presente con el consejo justo. A los Mg. Carlos Ojeda y Mariana Galicio, por su compañerismo y por su excelente predisposición para el trabajo en equipo. A la Dra. Miriam Martins Alho, por sus fundamentales contribuciones. A todo el equipo del laboratorio de Química Orgánica de Ciencias Exactas, en especial a los Dres. Guillermo Udri, Melisa Lamanna y Sebastián Barradas, por su buena onda y sus imprescindibles aportes. Al Dr. Alejandro Olivieri, por su amable atención y su notable predisposición para ayudar. A Mabel Delgado, Micaela Cadabon y especialmente a Nancy Aguirre por la buena energía que me transmitieron. A los colegas docentes del área de Química Orgánica de Biomoléculas FVET, especialmente a los del turno noche: Inés Morando, Gabriel Pidre, Luciano Miccio, Karina Benitez, Juan José Troncoso, Vanesa Flagel y Laura Ramos, los que me brindaron en todo momento un apoyo y una amistad incondicional. A Jenck, por permitirme crecer profesionalmente y por su gran contribución en mi formación. Al Dr. Fernando Iñon, por su ejemplo de profesionalidad y capacidad. A Guillermo Contrafatti, por su diario compañerismo. A mis amigos Antonio Corsaro, Cecilia Lecolant, Gustavo Ibañez, Eliana Fernandez, Andrés Pujalte, Natalia Barreiro, Gabriel Gasparino, Francisco Marqui, Silvina Gadea, Natalia Page, Ruben Olivera, Gustavo Len, Pablo Torrilla, Javier Mallon, Mercedes Baez Ezequiel Gutierrez, Adrian Battle y Marita Alvarez, los que me entregan su amistad todos los días y son un soporte anímico fundamental en todo momento. A todo el departamento de Química Orgánica de Ciencias Exactas, por permitirme realizar este trabajo de tesis.