Síntesis y caracterización de materiales mesoporosos ordenados tipo MCM-41 mediante técnicas tradicionales y simulación computacional

L. MARENCO; J. VILLARROEL; D. BARRERA; M.E. ROCA JALIL; R. LÓPEZ; K. SAPAG

Distrito Federal

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

Universidad Autónoma Metropolitana

Los materiales mesoporosos ocupan un lugar primordial en la tecnología actual, debido a sus múltiples aplicaciones, entre ellas la adsorción de moléculas orgánicas, las separaciones cromatográficas, como anfitriones para confinar moléculas, además de su amplia aplicabilidad en catálisis. Diversos materiales mesoporosos se han sintetizado con éxito, pero la aparición de los materiales mesoporosos ordenados (MMO) fue uno de los mayores alcances en el campo de la ciencia de materiales, por su superficie específica y porosidad. Entre los MMO más estudiados se encuentran los MCM-41, debido a sus propiedades texturales, estructurales y morfológicas. Estos materiales tienen tamaño de poros entre 2 y 10 nm y están ordenados estructuralmente en arreglos hexagonales de canales cilíndricos unidimensionales en forma de panal de abeja. Las técnicas de obtención de estos materiales tipo MCM-41 son variadas, de forma general se obtienen a partir de una fuente de sílice (TEOS) en presencia de un surfactante (CTAB), como las sales de amonio cuaternarias. El tipo de surfactante así como la cantidad utilizada, es tan importante como el mecanismo de la síntesis ya que de estas condiciones dependerá el tamaño de los poros del material obtenido. En este trabajo, se sintetizaron materiales mesoporosos tipo MCM-41, utilizando diferentes relaciones molares CTAB:TEOS, desde 0.07 hasta 0.27. Estos materiales se caracterizaron estructuralmente mediante difracción de rayos X (DRX), texturalmente mediante isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno a 77 K y morfológicamente por microscopía electrónica de barrido (SEM). Para el estudio de la distribución de tamaño de poros (DTP), se elaboró un programa en C++ para simular un banco de isotermas individuales con tamaño de poros entre 1 y 6 nm, mediante simulación de Monte Carlo (MC) en el ensamble Gran Canónico. A partir de estas isotermas se ajustó cada isoterma experimental, obteniendo su DTP y se compararon estos resultados con los obtenidos por la Teoría del Funcional de la densidad no localizada (NLDFT). Se evaluaron las áreas superficiales específicas obteniendo valores de hasta 1450 m2/g y tamaño de mesoporos de aproximadamente 3.3 nm. Se encontró una correlación entre las propiedades finales de los materiales y las condiciones de síntesis de los mismos, así como también una buena proximidad entre los tamaños de poro obtenidos por la NLDFT, MC y DRX.