Distinct complexing trends of chitosan with toxic metals (PO1-24)

We have been able to prove that not only adsorption but also complexation of different metals (Pb, Cd, Mo, Cu, Zn and Cr) actually takes place in acetate buffer (pH=4) with Chitosans of different molecular weights and deacetylation degrees. Depending on the different electrochemical behaviour on mercury electrode of studied metals and the nature of the resulting complexes, diverse approaches have been used. Chitosan molecular weight and concentration had been seen to play a key role in the Chitosan binding activity with Zn, Pb and Cd, as reported elsewhere[1]. Length of Chitosan chains influences the degree of complexation with both Cr and Mo, while Cu binding capacity remains independent of the molecular weight of the assayed polymers. The larger the polymer chain length the higher the number of amino group available for the retention of both Cr and Mo within the tridimensional structure of the acting ligand. This is consistent with a predominant intra-chain linkage of both metal atoms. On the contrary, in the case of Cu, an inter-layer binding mechanism is proposed as the main retention factor by Chitosan

The contact angle of nanofluids as thermophysical property

Droplet volume and temperature affect contact angle significantly. Phase change heat transfer processes of nanofluids – suspensions containing nanometre-sized particles – can only be modelled properly by understanding these effects. The approach proposed here considers the limiting contact angle of a droplet asymptotically approaching zero-volume as a thermophysical property to characterise nanofluids positioned on a certain substrate under a certain atmosphere. Graphene oxide, alumina, and gold nanoparticles are suspended in deionised water. Within the framework of a round robin test carried out by nine independent European institutes the contact angle of these suspensions on a stainless steel solid substrate is measured with high accuracy. No dependence of nanofluids contact angle of sessile droplets on the measurement device is found. However, the measurements reveal clear differences of the contact angle of nanofluids compared to the pure base fluid. Physically founded correlations of the contact angle in dependency of droplet temperature and volume are obtained from the data. Extrapolating these functions to zero droplet volume delivers the searched limiting contact angle depending only on the temperature. It is for the first time, that this specific parameter, is understood as a characteristic material property of nanofluid droplets placed on a certain substrate under a certain atmosphere. Together with the surface tension it provides the foundation of proper modelling phase change heat transfer processes of nanofluids

Estudio de la interacción quitosano-metales pesados y su inmovilización en matrices cementicias

El desarrollo de nuevos composites cemento-aditivo para la obtención de morteros con propiedades mejoradas es una de las líneas con mayor perspectiva de investigación en la química de los conglomerantes para la construcción. El presente trabajo propone el estudio de un nuevo aditivo polimérico, el quitosano, y la investigación de su influencia en las propiedades de los morteros de cemento. El estudio se extiende a tres derivados de este biopolímero: dos no-iónicos (hidroxipropil e hidroxietilquitosano) y uno iónico (carboximetilquitosano). El trabajo se completa con la evaluación de la capacidad de estos sistemas para servir como agentes para la solidificación/estabilización de metales pesados. En primer lugar, se ha evaluado la capacidad del quitosano para retener metales pesados mediante estudios electroquímicos. Este polímero ha demostrado ser capaz de complejar de manera efectiva los metales seleccionados (Zn, Pb, Cd, Cu, Mo y Cr) a pH4, siendo determinantes el peso molecular y la dilución. El estudio del carboximetilquitosano ha manifestado su capacidad para unir Pb y Zn a pH cercano a la neutralidad, mientras que en valores alcalinos la complejación resulta casi nula. La influencia de la adición de los polímeros en los morteros de cemento se ha evaluado mediante ensayos normalizados en estado fresco y en endurecido. Adicionalmente, para la elucidación de los mecanismos se han realizado experimentos en pastas de cemento. La incorporación de quitosano modifica el comportamiento reológico del mortero, incrementando su viscosidad. La naturaleza del grupo introducido en la cadena de los derivados resulta determinante de cara a los efectos producidos. Los derivados no-iónicos apenas modifican las propiedades, mientras que el derivado iónico es, entre los aditivos estudiados, el que tiene mayor influencia en las propiedades de mortero. La presencia de carboximetilquitosano, incluso a baja dosificación, aumenta drásticamente la viscosidad de la muestra, reduce el periodo de trabajabilidad, retrasa la hidratación de las fases de cemento e incrementa la cantidad de poros del mortero endurecido. Se han utilizado estudios de potencial zeta y tamaño de partícula para esclarecer el mecanismo de acción, que en este caso apunta a la formación de aglomerados entre el polímero y las partículas de cemento. La presencia de metales pesados produce una notable influencia en las propiedades del estado fresco y en la resistencia a compresión de los morteros. La adición de los polímeros ha atenuado los efectos contraproducentes de los metales, especialmente en la trabajabilidad. Cabe destacar la gran mejora en la resistencia a compresión aportada por los quitosanos en aquellos morteros en los que se ha incorporado Zn a la mezcla. La efectividad de la retención de los metales en morteros aditivados se ha llevado a cabo mediante un test de lixiviación semi-dinámico. Los datos obtenidos reflejan que la lixiviación en presencia de los polímeros apenas se ve modificada, por lo que se puede afirmar que los quitosanos pueden utilizarse para compensar los efectos de la incorporación de Cr, Pb y Zn sin comprometer la eficacia de su retención. De hecho, la retención de Zn en presencia del quitosano de menor peso molecular se ve aumentada. Por último, se ha evaluado la lixiviación en probetas en las que el metal se incorpora tras la formación previa en disolución del complejo CMCH-metal. Este test ha revelado una disminución de la cantidad de Pb y Zn liberada por lo que puede afirmarse que la retención de estos elementos metálicos en morteros de cemento mejora al añadirlos complejados

Distinct complexing trends of chitosan with toxic metals

The aim of the present work is to prove that the complexation of the metals Pb, Cd, Mo, Cu, Zn and Cr with chitosan takes place. In order to show it, voltammetric measurements have proved useful [12]. Depending on the different electrochemical behaviour on mercury electrode of the studied metals and the nature of the resulting complexes, diverse approaches have been used. The effect of the molecular weight and concentration of the polymer on the binding of the metals has also been studied

Estudio de la interacción quitosano-metales pesados y su inmovilización en matrices cementicias

La quitina es un biopolímero natural segundo en abundancia tras la celulosa. El quitosano es su principal derivado y se obtiene mediante desacetilación. La presencia de los grupos amino en la cadena polimérica hace del quitosano un material versátil y con múltiples aplicaciones prácticas entre las que desataca su eficacia como retenedor y fijador de metales pesados. Se ha determinado el grado de desacetilación de tres quitosanos comerciales de distinto peso molecular a través de distintas metodologías (potenciometría, espectrofotometría UV, espectrofotometría UV de primera derivada, resonancia magnética nuclear y espectrometría de infrarrojos) Por otro lado, se ha realizado un estudio voltamperométrico de la complejación de diversos metales pesados (Cd, Pb y Zn) por parte de quitosanos de distinto peso molecular y a distintas concentraciones. Los resultados muestran que el método de determinación del grado de desacetilación tiene una influencia determinante en el valor obtenido, de modo que es imprescindible especificarlo al proporcionar un resultado. Asimismo, se concluye que el quitosano compleja efectivamente cadmio, plomo y zinc, mostrando la máxima capacidad de retención para el zinc, seguido del plomo y en menor medida en cadmio. Se observa que la capacidad complejante aumenta a medida que disminuye la concentración de quitosano y aumenta su peso molecular

Evaluación de la capacidad complejante del quitosano para la eliminación de metales tóxicos

En el presente estudio se ha evaluado el comportamiento electroquímico de diversos metales (Pb, Cd, Mo, Cu, Zn y Cr) en presencia de quitosanos con distintos pesos moleculares y grados de desacetilación. Se demuestra que –efectivamente- se produce la complejación de los metales señalados, presentando distintos comportamientos en función de la naturaleza del complejo formado. Tanto el peso molecular como la concentración juegan un papel determinante en la capacidad complejante de Zn, Pb y Cd. La longitud de las cadenas tiene una elevada influencia en la complejación de Cr y Mo, no manifestándose su repercusión en el caso del Cu. Se propone un mecanismo de inclusión dentro de las cadenas de quitosano para los metales Cr y Mo, mientras que en el caso del Cu el mecanismo principal supone la incorporación del metal entre las capas formadas por las cadenas del polímero