La disciplina de Geoquímica Ambiental busca comprender el comportamiento de los contaminantes en el ambiente, para determinar su movilidad, transporte y destino, con la finalidad última de diseñar estrategias de remediación de los sistemas contaminados que sean óptimas en costo e implementación. Dentro de esta disciplina la investigación a escala molecular es fundamental pues la mayor reactividad se da con las partículas ambientales más pequeñas (coloides y nanopartículas)._x000D_ _x000D_ En esta propuesta de investigación se plantean investigar mecanismos geoquímicamente relevantes de retención y transformación del oxianión cromato [Cr(VI)], contaminante industrial común, el cual es una especie muy móvil en el ambiente en todo el intervalo de pH, y por tanto muy tóxica para los seres vivos._x000D_ _x000D_ Uno de los mecanismos que se propone investigar es la reducción química del Cr(VI) acuoso a Cr(III), empleando el mineral de óxido de hierro, magnetita [Fe3O4], de muestras tanto sintéticas como naturales, compuestas por tamaños de partículas pequeños. La reducción química del Cr(VI) es el método de elección preferido para remediar sistemas contaminados con este oxianión debido a que la especie resultante de Cr(III) es prácticamente inmóvil en condiciones ambientales normales, y por tanto inocua._x000D_ _x000D_ La magnetita tiene la capacidad reductora necesaria, a través del Fe(II) en su estructura, para reducir al Cr(VI), y se planea investigar los detalles de esta capacidad a partir de muestras naturales de un yacimiento minero de magnetita en el estado de Colima. Investigaciones anteriores con magnetita, principalmente sintética, han demostrado que a pesar de este potencial reductor, la magnetita rápidamente se pasiviza y deja de reducir al Cr(VI) presente, siendo de poca utilidad en la práctica. Sin embargo, hemos encontrado recientemente que la presencia de pequeñas cantidades de metal de hierro [Fe(0)] particulado evita la pasivización, aparentemente a través de la renovación superficial del Fe(II) de la magnetita; esto en condiciones en que el Fe(0) solo no tiene la capacidad de reducir al Cr(VI). Esta tecnología promete ser muy exitosa, pues los costos asociados son muy bajos, y el contaminante transformado a Cr(III) es inmovilizado in-situ, además de que la misma magnetita se puede recuperar magnéticamente y reutilizar. Se plantea responder a preguntas como ¿Qué tamaños de partículas son necesarios? ¿Cuál es la influencia del pH? ¿Cómo influyen las impurezas superficiales? ¿Cuál es el mecanismo superficial que se lleva a cabo en el sistema magnetita/Fe(0)/Cr(VI)?, entre otras, para que el proceso de reducción sea eficiente y de alto rendimiento._x000D_ _x000D_ Adicionalmente, se propone estudiar la interacción del Cr(VI) con dos de los óxidos de Fe(III) más comunes y abundantes en el ambiente, goetita y ferrihidrita, a través de procesos de adsorción, como alternativa de remediacion. Se plantea entonces investigar de forma más teórica dicha interacción para proponer modelos termodinámicos de equilibrio de adsorción apropiados que permitan la descripción cuantitativa del comportamiento del Cr(VI) en las superficies de estos dos óxidos en función de variables maestras como pH, fuerza iónica y concentración de iones carbonato, principalmente. El Cr(VI) a su vez servirá como sonda de prueba de las características de las superficies de estos minerales y contribuirá a mejorar y a unificar su descripción en los llamados Modelos termodinámicos de Complejación Superficial.

El proyecto propuesto contribuirá a:_x000D_ 1. Establecer un uso viable y óptimo de magnetita sintética y natural para la reducción de Cr(VI) a Cr(III), aplicable a problemas de remediación de sistemas acuosos contaminados con esta especie, encontrando las condiciones adecuadas y óptimas para superar los conocidos problemas de pasivización de la superficie de este mineral. El proceso de reducción es sumamente útil porque el Cr(III) producido es inmóvil (insoluble) en la mayoría de las condiciones ambientales, y por tanto el Cr inicial presente se vuelve inocuo. Adicionalmente, la magnetita permite que a través de procesos de atracción magnética, en la práctica, se pueda separar ésta junto con el contaminante, del medio contaminado._x000D_ 2. Describir el mecanismo superficial a través del cual pequeñas cantidades de Fe(0) permiten evitar la pasivización de la superficie de la magnetita, incrementando considerablemente la velocidad y capacidad de ésta última para reducir al Cr(VI)._x000D_ 3. Describir el comportamiento de equilibrio termodinámico de adsorción de Cr(VI) en las superficies de los óxidos de Fe(III): goetita y ferrihidrita, y por tanto a proponer las condiciones esenciales de esquemas de remediación de sistemas acuosos contaminados con Cr(VI) por medio de su inmovilización a través de la adsorción._x000D_ 4. Avanzar en la descripción del comportamiento superficial de la goetita y ferrihidrita, para contribuir al modelo unificado previamente propuesto._x000D_ 5. Contribuir con información para avanzar en la comprensión de la interacción de los minerales estudiados con el medioambiente._x000D_ _x000D_ Los puntos anteriores contribuirán en conjunto a comprender el comportamiento geoquímico ambiental del Cr(VI) acuoso en presencia de los óxidos de Fe: magnetita, goetita, o ferrihidrita, y permitirán conocer las condiciones y parámetros óptimos para proponer esquemas de remediación eficientes de ambientes acuosos contaminados con Cr(VI)._x000D_ _x000D_ En el proceso de investigación se planea formar a 1 estudiante de Doctorado (Milton Villacís) y posiblemente 1 de licenciatura; otro estudiante de Doctorado (Carlos Salazar) participará de manera tangencial en la caracterización detallada de las magnetitas a investigar. Dos estudiantes de Maestría (Ingrid Escobar y Flavio López) estarán involucrados también tangencialmente puesto que en sus trabajos de investigación se sobreponen la calibración de varias de las técnicas analíticas que se utilizarán en la presente investigación._x000D_ _x000D_ Asimismo se logrará la escritura de por lo menos 2 artículos en revistas internacionales de alta reputación en el área de bio-geoquímica ambiental y por lo menos 5 resúmenes en congresos nacionales e internacionales.