Síntesis y caracterización de arcillas pilareadas de Si, Fe y Si-Fe a partir de una arcilla natural

D. BARRERA; M.E. ROCA JALIL; J. VILLARROEL; G. AMAYA; K. SAPAG

Distrito Federal

Simposio; Simposium Iberoamericano de Química Aplicada en Nanotecnología y Calidad Ambiental; 2010

Universidad Autónoma Metropolitana

Las arcillas naturales son usadas ampliamente en el desarrollo de catalizadores y adsorbentes para diversas aplicaciones de constante interés. Sin embargo, estos materiales tienen una desventaja principal: su falta de porosidad permanente. Una alternativa es aprovechar la presencia de iones de intercambio en las arcillas naturales, que mediante hidratación, permiten la apertura de la estructura y su intercambio con otros iones más voluminosos y estables frente a tratamientos térmicos. Los iones que se utilizan para ser intercalados entre las láminas de las arcillas provienen de sales metálicas y mediante un posterior secado y calcinado se transforman en oxi-hidroxidos del metal escogido que se comportan como “pilares”, manteniendo las láminas separadas con una porosidad permanente. A estos materiales se les denomina arcillas pilareadas (PILCs) y han sido muy estudiados en los últimos años en diversas aplicaciones, donde los principales cationes utilizados son los correspondientes a Al3+ y Zr4+, formando microporos en la interlámina. Una posibilidad de aumentar la porosidad, es incorporar oligocationes de mayores tamaños como los obtenidos a partir de Si4+ y Fe3+ los cuales proporcionan una alta estabilidad térmica, altas áreas superficiales y actividades catalíticas intrínsecas. En este trabajo se obtuvieron materiales nanoporosos con tamaño de poros en el rango de los micro y mesoporos (entre 1 y 3 nm) a partir de una arcilla natural de la región de Cuyo, Argentina. Los materiales obtenidos fueron sintetizados a partir de un intercambio iónico entre una mezcla de oligocationes de silicio – hierro y los cationes de la arcilla natural seguido de un proceso de secado y tratamiento térmico a 300 y 500 °C. Se prepararon tres muestras denominadas: Si/PILC, donde una solución de TEOS se usó como fuente de sílice; Fe/PILC usando como precursor Fe(NO3)3.9H2O y Si-Fe/PILC la cual se sintetizó utilizando una mezcla de los precursores. Estos materiales se caracterizaron por adsorción – desorción de N2 a 77 K y exhibieron áreas superficiales entre 90 y 310 m2/g, aumentando en casi 10 veces el área superficial de la arcilla natural. Los tamaños de poro promedio obtenidos estuvieron entre 1.5 y 2.7 nm y el volumen total de poros estuvo entre 0.10 y 0.18 cm3/g. La difracción de rayos X (DRX) mostró el efecto de la incorporación de los oligocationes de hierro y silicio en el espaciado basal así como también la conservación de la estructura de la arcilla después del proceso de pilarización.