Para extraer oro o elaborar pigmentos y baterías se utilizan metales pesados como mercurio, cadmio y plomo que, sin un tratamiento adecuado, terminan afectando la calidad de ríos y quebradas, entre otros cuerpos de agua. Mediante la combinación de dos materiales, el grafeno y el bismuto, se diseñó una especie de sensor electroquímico con alta capacidad de detectar esos residuos industriales.
Según estudios del Ministerio de Ambiente y Desarrollo
Sostenible, se han encontrado niveles de contaminación que sobrepasan lo
permitido por la Ley 1658 de 2013, que establece que el mercurio no debe
superar las 2 partes por billón (ppb), el cadmio 2,5 ppb y el plomo
10 ppb.
En el Laboratorio de Materiales y Catálisis de la
Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá, el ingeniero químico Juan
Alejandro Clavijo Morales construyó en 4 etapas pequeños electrodos capaces de
funcionar como sensores versátiles para la detectar impurezas en aguas
contaminadas por metales pesados.
La primera etapa consistió en extraer el grafito, en este
caso de una batería reciclada, y sintetizar electrodos de aproximadamente
5 cm de largo; después acondicionó la superficie con una lija de óxido de
aluminio de 2.500 granos de espesor.
Posteriormente sumergió los electrodos en un baño de agua
con ultrasonido con el fin de obtener una superficie limpia, y por último
cubrió uno de los dos extremos con una capa de 4 mm de diámetro con cinta
de teflón blanco para que hiciera las veces de aislante.
Antes de realizar la electrodeposición, que es la
combinación con el bismuto, activó el electrodo del grafito; en este caso,
mediante la técnica de voltamperometría cíclica aplicó una corriente continua,
entre 0,05 y 0,3 voltios con el dispositivo sumergido en una solución de ácido
nítrico, para que funcione como electrolito de soporte.
Para aplicar la técnica de electrodeposición se adhirió
superficialmente el bismuto en pequeñas concentraciones de 0 y 1,5 ml;
dicho proceso se consigue introduciendo la varilla cilíndrica en una suspensión
de electrodos a -0,5 voltios con una agitación electromagnética de 6 Hz
durante 5 minutos; así logró una capa superficial del material como un efectivo
proceso de síntesis o combinación de ambos metales.
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Experimentación
Para medir la efectividad de esta síntesis se aplicó
voltamperometría de despojamiento anódico de onda cuadrada (SWASV), proceso
utilizado por su sensibilidad y selectividad en cuanto a la detección de
elementos impuros en aguas.
Con la guía de su tutor, el profesor Hugo Ricardo Zea, del
Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medioambiente de la Facultad
de Ingeniería de la UNAL, realizó 15 experimentos con el software Mintab
Statistical.
Para ello, introdujo los electrones en una agitación
triplicada de 6 Hz y -0,5 voltios logrando una superficie de respuesta de
0,98 % de plomo a los 300 segundos (5 minutos) y 0,99 % para mercurio
a los 160 segundos (2,6 min).
Todo esto se refleja en unas gráficas obtenidas con el
programa informático Origin Pro, que detecta una “deconvolución de señales de
oxidación de los materiales”, es decir que simplifica las señales de onda que
detecta el metal, en una serie de picos que mide a cuantos voltajes y
miliamperios.
Así, el electrodo detectó el plomo entre los 0,75 y 0,50
voltios a 60 miliamperios, y el mercurio de 0,00 y 0,50 voltios a casi 100
miliamperios.
“Esto demuestra que la composición del electrodo a pequeñas
concentraciones tiene óptima sensibilidad al metal, haciéndolo funcional para
la fabricación de sensores, que se lleven a campo para futuros estudios”,
concluye el ingeniero Clavijo.
