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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
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 lÃneas con mayor perspectiva de investigación en la quÃmica 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 biopolÃmero: 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 electroquÃmicos. Este polÃmero 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 polÃmeros 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 partÃcula para esclarecer el mecanismo de acción, que en este caso apunta a la formación de aglomerados entre el polÃmero y las partÃculas 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 polÃmeros 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 polÃmeros 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
Evaluación de la capacidad complejante del quitosano para la eliminación de metales tóxicos
En el presente estudio se ha evaluado el comportamiento electroquÃmico 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 polÃmero
Estudio de la interacción quitosano-metales pesados y su inmovilización en matrices cementicias
La quitina es un biopolÃmero 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 metodologÃas (potenciometrÃa, espectrofotometrÃa UV,
espectrofotometrÃa UV de primera derivada, resonancia magnética nuclear y espectrometrÃa 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
Voltammetric evaluation of chitosan as an effective complexing ligand for the removal of toxic heavy metals
Program of the 59th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2008:138:
The aim of this study is to evaluate de complexation of toxic heavy metals such as Pb,
Zn, Cd and Cu by three commercial chitosans with different molecular weights. For
this purpose, the complexation capacity of chitosan was evaluated through competitive
deposit of the metals onto the HMDE from ligand-containing solutions and subsequent
voltammetric measurement of the anodic stripping signal. Chitosan and spiked metal
solutions were dissolved in an acetic-acetate buffer solution (pH=3,5). The
complexation capacity was also evaluated at different concentrations of chitosans.
Up to now, preliminary results indicate that chitosan complexes more effectively Zn
than Pb, probably due to the lower size of Zn which allows its inclusion into the
available linking sites of chitosan. Besides, Zn stripping peak shows a marked decrease
in its intensity and a displacement towards less negative potentials, proving the high
affinity of chitosan for Zn
Evaluación de la capacidad complejante del quitosano para la eliminación de metales tóxicos
En el presente estudio se ha evaluado el comportamiento electroquÃmico 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 polÃmero
Encapsulation, solid-phases identification and leaching of toxic metals in cement systems modified by natural biodegradable polymers
Cement mortars loaded with Cr, Pb and Zn were modified by polymeric admixtures [chitosans with low (LMWCH), medium (MMWCH) and high (HMWCH) molecular weight and hydroxypropylchitosan (HPCH)]. The influence of the simultaneous presence of the heavy metal and the polymeric additive on the fresh properties (consistency, water retention and setting time) and on the compressive strength of the mortars was assessed. Leaching patterns as well as properties of the cement mortars were related to the heavy metals-bearing solid phases. Chitosan admixtures lessened the effect of the addition of Cr and Pb on the setting time. In all instances, chitosans improved the compressive strength of the Zn-bearing mortars yielding values as high as 15 N mm−2. A newly reported Zn phase, dietrichite (ZnAl2(SO4)4·22H2O) was identified under the presence of LMWCH: it was responsible for an improvement by 24% in Zn retention. Lead-bearing silicates, such as plumalsite (Pb4Al2(SiO3)7), were also identified by XRD confirming that Pb was mainly retained as a part of the silicate network after Ca ion exchange. Also, the presence of polymer induced the appearance and stabilization of some Pb(IV) species. Finally, diverse chromate species were identified and related to the larger leaching values of Cr(VI)
Biopolymer-cement composites for building purposes: performance of chitosan and some of its derivatives as cement admixtures
Invited lecture presented on the 2nd ICNP held in Kottayam, India on 24th September 2010
Chitosan-cement matrices for solidification-stabilization of heavy metals
Cement matrices have been extensively used to solidify-stabilize hazardous wastes containing heavy metals [1]. However, the presence of some heavy
metals such as Pb and Zn modify the rheological properties of the cement due to the interaction with different cement phases [2], [3]. These changes in
fresh-state properties of the cement materials may have a negative influence on the applicability of these matrices. Moreover, the hardened-state
properties could be affected by the fresh-state changes and, consequently, the long-term stability and leaching of the heavy metals would be jeopardized.
The use of some polymeric additives may be interesting in order to solve the aforementioned problems. Polysaccharides have been reported to be efficient
cement additives behaving as viscosity-enhancing admixtures and set retarders [4]