Caracterización Fisicoquímica de Nanopartículas de Sulfuro de Cobre Biosintetizadas a Partir de Drenajes Ácidos Mineros.

Abstract

Las aguas residuales mineras, como los drenajes ácidos mineros (AMD), son una de las principales causas de la presencia de sulfato en aguas subterráneas y superficiales, de ahí que surge la necesidad de una biotecnología novedosa para la remediación de aguas residuales. Ante esto, se presenta la biosulfidogénesis como una alternativa sostenible, en la que bacterias reductoras de sulfato (SRB) producen ácido sulfhídrico (H2S), el cual al entrar en contacto con el AMD actúa como agente precipitante de metales contenidos en su composición, permitiendo biosintetizar una variedad de nanomateriales. En esta tesis se biosintetizaron con éxito nanopartículas de sulfuro de cobre a partir de drenajes ácidos mineros reales provenientes de una mina de cobre en Chile, mediante la inyección de H2S, generado en biorreactores sulfidogénicos. Posteriormente, se realizaron diversas caracterizaciones con el fin de estudiar algunas de las propiedades fisicoquímicas de estas. Las nanopartículas de sulfuro de cobre resultantes poseen morfología esférica con un diámetro medio de 40 ± 9 nm, una estructura hexagonal con alta cristalinidad y parámetros de red a = b = 3,79 Å y c = 16,445 Å. En adición, están compuestas elementalmente por Cu y S, lo que da cuenta de la pureza de la covellita. Asimismo, exhiben un amplio espectro de absorción en la región UV-Vis-NIR, en el que a 630 nm alcanza un mínimo de absorción, que es producto de la absorción de pares electrón−hueco; mientras que, a 975 nm exhibe un pico de absorción causado por la resonancia de plasmones de superficie localizada.

Mineral wastewater, such as Acid Mine Drainage (AMD), is one of the main causes of sulfate presence in groundwater and surface water, hence the need for novel biotechnology for wastewater remediation. Given this, biosulfidogenesis is presented as a sustainable alternative, where sulfate-reducing bacteria (SRB) produce hydrogen sulfide (H2S), which, in contact with AMD, acts as a precipitating agent for metals contained in it composition, allowing the biosynthesis of a variety of nanomaterials. In this thesis, copper sulfide nanoparticles were successfully biosynthesized from real acid mine drainage from a copper mine in Chile, by injecting H2S, generated in sulfidogenic bioreactors. Subsequently, several characterizations were carried out in order to study some of their physicochemical properties. The resulting copper sulfide nanoparticles possess spherical morphology with a mean diameter of 40 ± 9 nm, a hexagonal structure with high crystallinity, and lattice parameters a = b = 3,79 Å y c = 16,445 Å. In addition, they are composed of Cu and S, which accounts for the purity of the covellite. Likewise, they exhibit a wide absorption spectrum in the UV-Vis-NIR region, in which at 630 nm it reaches a minimum absorption, as a result of the absorption of electron-hole pairs; while, at 975 nm, it exhibits an absorption peak produced by localized surface plasmon resonance.