Preservación de la química superficial de MCM-41

A.M. PEREYRA; E. BASALDELLA; G. BENEDICTTO; G. AQUINO; M.S. MORENO

Río Cuarto, Córdoba

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

La síntesis de sílices mesoporosas requiere de un procedimiento de remoción del agente director de la estructura que puede involucrar un proceso de calcinación o extracción con solventes adecuados. Esta etapa influye sobre la concentración y accesibilidad de los grupos silanol dispuestos en la superficie del material, que son de interés como centros activos para posibles funcionalizaciones posteriores. Los tratamientos térmicos promueven la completa eliminación del estructurante pero inducen la condensación de los grupos silanol a siloxano a temperaturas por encima de 270°C [1]. Por otro lado, el uso de metodologías de lavado poco eficientes puede conducir a una remoción incompleta del estructurante, obteniéndose un material de menor área superficial con reducida accesibilidad a los grupos silanol. En este trabajo se estudió la influencia de las metodologías de eliminación del agente estructurante sobre las propiedades texturales y químicas superficiales de sílices mesoporosas tipo MCM-41, buscando obtener la mayor área superficial sin comprometer la integridad de los grupos silanol. Los sólidos se obtuvieron a partir de dos rutas de síntesis. La primera involucró el proceso sol-gel con tetraetil-ortosilicato (TEOS) como fuente de silicio, y la segunda implicó una síntesis hidrotermal de bajo costo, a partir de una solución de silicato de sodio industrial. El bromuro de hexadeciltrimetilamonio (agente estructurante) fue removido empleando cuatro metodologías diferentes: 1. Extracción soxhlet utilizando etanol como solvente. 2. Serie de extracciones de 40 min con etanol a 70°C bajo agitación. 3. Calcinación rápida a 510°C durante 2 h con una rampa de 5°C/min. 4. Calcinación prolongada a 540°C durante 10 h con una rampa de 1°C/min. Los materiales sintetizados fueron caracterizados mediante SAXS, SEM, HRTEM, FTIR y adsorción/desorción de N2. Independientemente del método de eliminación del estructurante, las sílices MCM-41 obtenidas a partir de silicato de sodio industrial presentaron propiedades texturales superiores, evidenciando una mayor área BET, y un mayor ordenamiento de largo alcance observado en las imágenes de TEM. Los resultados obtenidos por SEM para estos sólidos mostraron partículas irregulares, mientras que las sintetizadas vía sol-gel presentaron partículas esféricas con tamaño más homogéneo. En referencia a los tratamientos de remoción del agente plantilla, el análisis de los espectros de FTIR de las muestras tratadas por calcinación permitió constatar su eliminación completa, incluso para las muestras calcinadas por menos tiempo. Sin embargo, ambos tratamientos presentaron una disminución de las bandas correspondientes a los grupos silanol, haciéndose esta más pronunciada para los casos de remoción por calcinación prolongada. Los métodos de lavado con etanol resultaron ser más convenientes, dado que se obtuvieron valores de área superficial semejantes a los provistos por los métodos de eliminación por calcinación. Además, las bandas de FTIR correspondientes a los grupos silanol fueron similares en intensidad a las que presentó el material de partida, corroborando que esta metodología promueve su preservación. En cuanto al método de lavado por medio de extracciones en serie, esta logró reducir el tiempo requerido para remover el agente estructurante en aproximadamente un 85% en comparación con la extracción soxhlet.