Rol de los planos cristalográficos {0001} y {0112} de la α-Fe₂O₃ en la remoción del arsénico

Abstract

Ante la necesidad de desarrollar técnicas asequibles y eficientes para eliminar el arsénico (As) de cuerpos de agua y así proteger la salud humana, el presente trabajo es un estudio teórico que da continuidad a la investigación experimental realizada por Garay-Rodríguez en el año 2018, quien estudio la remoción de los iones As (III) y As (V) presentes en el agua para consumo humano por el proceso de adsorción, empleando como material adsorbente una zeolita natural tipo clinoptilolita del estado de Oaxaca modificada químicamente con óxidos de hierro (principalmente en su fase hematita, α-Fe₂O₃). Con el fin de crear un modelo representativo que pueda ser manipulado para mejorar la eficiencia en el proceso de remoción de contaminantes, específicamente compuestos de arsénico. La presente investigación implementa un enfoque basado en la química cuántica, donde la energía total de un sistema esta descrita como función de la densidad electrónica, para esto se utiliza la teoría de funcionales de la densidad —DFT por sus siglas en inglés— que ha demostrado ser una herramienta potente para el análisis y explicación de los resultados generados experimentalmente. La primera etapa de esta investigación abarco el estudio de las propiedades geométricas y electrónicas que surgen de la complejidad de los compuestos de óxido de hierro como material adsorbente. Resultando en que el estado magnético más estable de la α- Fe₂O₃ es el estado antiferromagnético (+ − − +) y, por lo tanto, el estado magnético de la α- Fe₂O₃ a condiciones estándar (1 atm de presión y 25 ˚C de temperatura). Por otro lado, se demostró que los planos [0001] y [0112] están presentes en el material en bulk debido a su baja diferencia energética. Finalmente, la segunda etapa consistió en un estudio de la fuerza de adsorción teórica de los iones As (III) (arsenito) y As (V) (arsenato) tanto en la superficie {0001} como la superficie {0112}, debido a que cada una de estas superficies presenta diferente reactividad en la remoción de estos contaminantes de los mantos acuíferos.