2026-09-09T16:25:17Zhttps://gredos.usal.es/oai/requestoai:gredos.usal.es:10366/1440122025-09-01T10:46:08Zcom_10366_4756com_10366_4746com_10366_3823com_10366_143088com_10366_123103col_10366_68518col_10366_143114
Alonso-de-Linaje de Nicolás, Virginia
2020-10-06T14:49:03Z
2020-10-06T14:49:03Z
2020-05
http://hdl.handle.net/10366/144012
10.14201/gredos.144012
[ES]Los hidrocarburos clorados (HC) y las sustancias poly- y perfluoroalquilas (PFAS)
(siglas en inglés) son compuestos recalcitrantes con efectos tóxicos para los
humanos y los ecosistemas. Durante las últimas décadas, su uso extensivo en la
industria junto con una deficiente legislación respecto a su gestión ha generado la
contaminación de aguas subterráneas y suelos. Los compuestos tipo hidrotalcita
(HT) han surgido como adsorbentes prometedores debido a su alta capacidad de
intercambio aniónico y alta capacidad de modificación.
Esta tesis evalúa los mecanismos de absorción y la capacidad de absorción de HC y
PFAS en compuestos tipo HT (HT orgánicas e HT inorgánicas) bajo condiciones
diversas (ej. variación de pH, química del agua y mezclas de contaminantes
complejas). Además, con el objetivo de cerrar la brecha entre las observaciones de
laboratorio y las potenciales aplicaciones de las HTs en campo, se han realizado
estudios de adsorción con agua contaminada por HC recogida en un emplazamiento
industrial en España y se ha estudiado la estabilidad de las HT a largo plazo bajo
condiciones naturales en un acuífero en Dinamarca.
Las HTs orgánicas e inorgánicas con varios aniones intercalados (dodecilsulfato
sódico, ácido dodecano 1- sulfónico, nitrato y carbonato) fueron sintetizados por el
método de coprecipitación.
Los resultados demuestran que durante el proceso de secado de las HT orgánicas se
produce la agregación de las partículas individuales, lo que reduce en número de
sitios de adsorción y afecta negativamente a su capacidad de adsorción respecto a
los HC.
Después de la dispersión de las HT inorgánica en un disolvente orgánico, no se
observan cambios en su estructura cristalina pero sí un aumento en la superficie
específica (SS) y una reducción en el tamaño de los agregados de las partículas. El
mecanismo de adsorción de los compuestos halogenados en las HTs depende
fundamentalmente del anión intercalado en su interlámina y de las propiedades
fisicoquímicas del adsorbato.
En el caso de la adsorción de HC en HT orgánicas hidrófobas, éste ocurre debido a un
proceso llamado partición o reparto del soluto entre el adsorbente y la disolución
debido a fuerzas hidrofóbicas. La química del agua, el pH de la solución y la presencia
de varios HC tiene un efecto limitado en la capacidad de adsorción de los HC en éstas
HTs.
Por el contrario, la adsorción de las moléculas de PFOS y PFOA se produce en la
superficie de la HT inorgánica con carbonato en la interlámina por fuerzas
electrostáticas y puentes de hidrógeno. En este caso las HT con mayor capacidad de
adsorción serán aquellas con una superficie específica elevada (> 100 m2/g) y un
tamaño de agregado de partícula pequeño (<100 mm). A bajas concentraciones de
PFAS, este mecanismo de adsorción también es aplicable para las HT con nitrato intercalado, mientras que a altas concentraciones de adsorbato (PFAS), la adsorción
puede ocurrir por intercambio aniónico.
La presencia de especies no iónicas (tricloroeteno) en la disolución no afecta a la
capacidad de adsorción de los PFAS en las HTs inorgánicas. Al contrario, un pH
alcalino y la coexistencia de otras especies aniónicas (dodecilsulfato sódico) reduce
su capacidad de adsorción.
La estabilidad de las HTs orgánicas e inorgánicas después de haber sido expuestas a
condiciones de acuífero prolongadas depende del anión interlaminar en la
estructura de la HT y la dinámica de agua subterránea (ej. flujo de agua
subterránea), mientras que el tamaño del agregado de la HT sólo tiene un efecto
menor. Así mismo, la química del agua subterránea influencia la precipitación de
especies insolubles (CaCO3, sulfato adsorbido) en la superficie de la HT.
En resumen, las HTs orgánicas e inorgánicas pueden ser potencialmente utilizadas
como adsorbentes en tratamientos de remediación “ex situ” y así reducir las
concentraciones de HC y PFAS en el agua subterránea. Sin embargo, la inestabilidad
de los compuestos tipo HT, especialmente en el caso de las HTs orgánicas, puede
constituir un factor limitante en su uso futuro como adsorbentes en condiciones de
flujo dinámico.
[EN]Chlorinated hydrocarbons (CHCs) and poly- and perfluoroalkyl substances (PFAS)
are recalcitrant compounds which are toxic to humans and ecosystems. The
improper disposal of these compounds after their extensive use in industry has led to
the contamination of groundwater and soils. Hydrotalcite (HT)-like compounds have
emerged as promising sorbents for CHCs and PFAS due to their high anion exchange
capacity and tunable properties.
This thesis examines the sorption mechanisms and sorption capacity of CHCs and
PFAS into HT-like compounds (organo-HT and inorganic-HT) under a range of
conditions (e.g., varying pH and water chemistry and complex contaminant matrix).
These compounds were first synthesized and characterized in a laboratory setting,
but to bridge the gap between laboratory observations and field applications,
sorption studies have been conducted with contaminated groundwater from a site
in Spain and the long-term fate of HT-like compounds were studied under natural
aquifer conditions in a site in Denmark.
Organo-HT and inorganic-HT intercalated with different anions (i.e., sodium dodecyl
sulfate, 1-dodecane sulfonate, nitrate and carbonate) were synthesized via the
coprecipitation method.
Results demonstrate that upon drying, organo-HT particles aggregate which
decreases the number of sorption sites, reducing their sorption capacity for CHCs.
After dispersion in an organic solvent inorganic-HT show no changes in the crystal
structure but an increase in the specific surface area (SSA) and a decrease in the
aggregate size.
The sorption mechanism of halogenated compounds into HT depends on the nature
of the HT (e.g., intercalated anion) and the physico-chemical properties of the
sorbate. In the case of the sorption of CHCs into hydrophobic organo-HT, this process
occurs via solute partitioning. Varying water chemistry, solution pH, the co-existence
of multiple CHCs have little effect on sorption efficiency of organo-HT towards CHCs.
Conversely, surface adsorption controls the sorption of PFAS molecules into
carbonate intercalated HT, where a high SSA (> 100 m2/g) and small aggregate
particle (<100 μm) are desirable attributes. In this case, the sorption process occurs
via electrostatic attractions and hydrogen bonding. This sorption mechanism is valid
for nitrate intercalated at low PFAS concentrations, while anion exchange and
intercalation of PFAS may occurs as concentration of the adsorbate increases.
The presence of non-ionic species (trichloroethylene) do not affect the sorption
capacity of inorganic-HT towards PFAS, while an alkaline pH conditions and the
presence of anionic species (dodecyl sulfate) reduce the sorption capacity of
inorganic-HT towards PFAS. The stability of organo-HT and inorganic-HT during long-term exposure to aquifer
conditions depend on the intercalated anion and groundwater dynamics, while the
HT aggregate size only has a minor effect. The chemistry of groundwater influences
the precipitation of insoluble species (CaCO3, and adsorbed sulfate) on the HT
surface.
Overall, organo-HT and inorganic-HT are potential sorbents for “ex situ”
remediation treatment to decrease CHCs and PFAS concentrations in groundwater.
Nevertheless, the instability of HT compounds especially in the case of organo-HT is
a significant limiting factor for their future application as sorbents under dynamic
flow conditions.
eng
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
HIdrocarburos clorados
Agua subterránea
Contaminación
Hidrotalcitas
Removal of recalcitrant compounds from water using synthetic hydrotalcites
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis