Caracterización de minerales arcillosos intercalados empleando WAXS/SAXS

GUZ, LUCAS; MARCO BROWN, J.L.; CANDAL, ROBERTO; BRACCO, ESTEFANÍA

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Encuentro; CaracterizAR 2020. Caracterización de Materiales 1er Encuentro Virtual; 2020

Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Universidad de Buenos Aires).

La utilización de arcillas como aditamento de materiales para la modificación de sus propiedades, liberación controlada de sustancias o como adsorbentes para la remediación de aguas contaminadas se proyecta prometedora debido al bajo costo y accesibilidad del material en nuestro país. La modificación de la estructura de las arcillas se puede traducir en un mejoramiento de sus propiedades. Arcillas expandibles como la montmorillonita tienen la capacidad de poder albergar en su intercapa agua, iones y/o moléculas orgánicas mediante un proceso de intercalado. El espaciado de la intercapa dependerá del ordenamiento, formación de complejos y/o la cantidad de sustancia intercalada.La determinación del espaciado interlaminar de una arcilla expandible típicamente se realiza analizando por difracción de rayos X el pico d(001). Sin embargo, debido a la configuración de los equipos convencionales de DRX resulta complicado poder trabajar a ángulos 2Ɵ menores a 2, con lo cual espaciados interlaminares mayores a 4,4 nm no pueden ser estimados usando esta técnica.En este sentido, la utilización de WAXS/SAXS resulta una herramienta poderosa para la caracterización de este tipo de arcillas intercaladas.En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos de la caracterización por WAXS/SAXS de muestras de montomorillonita (MMT) intercalada con óxidos de hierro, cristal violeta (CV), oxitetraciclina (OTC) y octadeciltrimetilamonio (ODTMA).El proceso de incorporación de hierro, CV, OTC y ODTMA en la intercapa de MMT se llevó a cabo mediante el contacto de la arcilla con la sustancia de interés en solución acuosa. Típicamente se suspende durante cierto tiempo, bajo agitación y temperatura controlada, cierta masa de MMT en una solución de la sustancia a intercalar de concentración conocida, seguido de un lavado del material para extraer el exceso de sustancia de interés.El intercalado de MMT con óxidos de hierro produjo un aumento del espaciado interlaminar de la MMT de solo 0,23 nm, determinado por WAXS/SAXS. Estos resultados fueron validados mediante DRX.A partir de los resultados obtenidos del análisis por WAXS/SAXS, se determinó que la inclusión y ordenamiento de moléculas de CV en la intercapa de MMT depende de la relación MMT:CV. En muestras con bajo contenido de CV, se forman monocapas de dicha molécula en la intercapa de MMT. En muestras con alto contenido de CV, dicha molécula se reordena formando bicapas paralelas a la intercapa y arreglos parafilm-like con un ángulo de 48° respecto al plano de la intercapa de MMT.Mediante WAXS/SAXS se determinó que las moléculas de OTC entran en la intercapa de la arcilla pero no se detectó un aumento en el espaciado interlaminar con el aumento de la concentración de la solución de OTC.El análisis de muestras de MMT conteniendo ODTMA intercalado por WAXS/SAXS condujo a resultados similares a los obtenidos al intercalar CV. El espaciado interlaminar y el ordenamiento de las moléculas de ODMA son dependientes de la cantidad de ODTMA intercalado. Mediante WAXS/SAXS se encontraron espaciados interlaminares entre 0,47 y 4,94 nm dependiendo de la cantidad de ODTMA intercalado, concluyéndose que la molécula de ODTMA ingresa en la intercapa de MMT formando monocapas, bicapas y/o de forma angular respecto a los planos de la arcilla.El estudio de arcillas expandibles intercaladas muchas veces requiere el análisis de las mismas mediante WAXS/SAXS, obteniéndose a través de esta técnica resultados que no podrían obtenerse mediante el análisis por DRX.