Tesi doctoral de Nasim Khatir: "Smart materials based on ionic liquids for metals sensing and separation in the environment". Direcció: Dra. Claudia Fontas Rigau
La presència de
metalls i contaminants emergents en sistemes aquàtics, juntament amb la
necessitat de disposar de processos de recuperació més sostenibles, fa
necessari desenvolupar nous materials funcionals per a aplicacions ambientals.
En aquest context, aquesta tesi doctoral s’ha centrat en el desenvolupament de
materials intel·ligents basats en líquids iònics (ILs) i líquids iònics de
tasca específica (TSILs), orientats a la detecció, separació i recuperació de
metalls en matrius complexes.
La primera part de
la tesi va explorar l’ús de membranes polimèriques funcionalitzades amb un
extractant, concretament membranes d’inclusió polimèrica (PIMs), com a eines
analítiques per avaluar la biodisponibilitat dels metalls (Ni(II), Cu(II) i
Zn(II)) i les seves interaccions amb contaminants coexistents en medis
aquàtics, com antibiòtics i microplàstics. Emprant una PIM basada en triacetat
de cel·lulosa (CTA), àcid di-(2-etilhexil)fosfòric (D2EHPA) i fosfat de
tributil (TBP), es va establir que l’antibiòtic sulfametoxazol interaccionava
amb Cu(II) i Zn(II), mentre que no es van observar interaccions significatives
amb la sulfametazina ni amb els microplàstics estudiats. Aquests resultats
posen de manifest el potencial de les PIMs com a eines analítiques senzilles en
estudis ambientals.
Un segon gran
objectiu va ser el desenvolupament de sistemes PIM més sostenibles,
mantenint-ne les prestacions de transport. Es van investigar diferents
estratègies, incloent-hi la reducció del consum de material de membrana, el desenvolupament
de PIMs suportades i la substitució de components convencionals per
alternatives més sostenibles. Es van aconseguir reduccions significatives de
les quantitats dels polímers CTA i policlorur de vinil (PVC) en PIMs que
contenien l’extractant Aliquat 336 sense comprometre substancialment el
transport d’As(V) i Cd(II). A més, es van desenvolupar PIMs suportades per al
transport d’As(V), combinant formulacions basades en CTA o PVC amb dos suports
porosos, paper de filtre de cel·lulosa i Durapore® de fluorur de polivinilidè
(PVDF). Les PIMs suportades basades en CTA van assolir eficiències de transport
d’As(V) del 90–95%, comparables a les de les membranes convencionals. La
configuració CTA/Durapore® va presentar el millor comportament global i va
mantenir aproximadament un 70% d’eficiència després de tres cicles de
reutilització. Finalment, es va explorar l’ús del polímer poli(fluorur de
vinilidè-co-hexafluoropropilè) (PVDF-HFP), soluble en acetona, un dissolvent
menys perillós, per a la preparació de PIMs amb Aliquat 336 i estearat de butil
(BTS). Aquesta membrana va permetre un transport eficient de Cd(II) des de
matrius d’elevada salinitat, incloent-hi aigua de mar i salmorra real de
dessalinització.
La part final de la
tesi es va centrar en el desenvolupament de materials funcionalitzats amb TSILs
per a la recuperació selectiva de metalls valuosos. Inicialment, els TSILs es
van incorporar en PIMs basades en CTA per a l’extracció i recuperació de Pd(II)
i, posteriorment, es van utilitzar per funcionalitzar policaprolactona (PCL),
obtenint membranes poroses que combinaven la filtració amb l’extracció
selectiva del metall i que van mostrar un bon potencial de reutilització.
Finalment, es va
desenvolupar un nou material basat en cel·lulosa funcionalitzada amb el TSIL
tiosalicilat de trioctilmetilamoni (TOMAS) per a la recuperació de Pd(II) i
Pt(IV) en medi HCl. Aqueswt nou sorbent va mostrar una captació ràpida i
pràcticament quantitativa d’ambdós metallsamb capacitats màximes
experimentals d’adsorció de 30,5 mg g⁻¹ per a Pd(II) i 39,1 mg g⁻¹ per a
Pt(IV), i una recuperació eficient dels metalls adsorbits emprant dissolucions
àcides de tiourea.
En conjunt, aquesta
tesi demostra la versatilitat dels materials basats en ILs i TSILs per a la
detecció, especiació, separació i recuperació de metalls. Les estratègies
desenvolupades permeten avançar cap a sistemes més sostenibles i ampliar-ne
l’aplicació en l’àmbit ambiental i en la recuperació de metalls valuosos a
partir de matrius complexes.
Lectura de la tesi: 27/10/2026 a l'Aula Magna de la Facultat de Ciències (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat).