Morfología, estructura, composición y propiedades magnéticas de nanopartículas de hierro cerovalente inmovilizadas en esferas de poliacrionitrilo

V. NAHUEL MONTESINOS; NATALIA QUICI; CINTHIA RAMOS; ANA LAURA LARRALDE

Encuentro; Caracterizar 2020; 2020

La inmovilización de nanopartículas de hierro cerovalente (FeNPs) en soportes poliméricos es una estrategia promisoria para su uso en la remoción de contaminantes acuosos a través de sistemas de lecho fijo. En el presente trabajo se mostrará la caracterización de NCs de FeNPs inmovilizadas en poliacrilonitrilo (PAN)1. Se analizarán tanto la morfología, estructura, composición y propiedades magnéticas del material de soporte como de las nanopartículas encapsuladas. Finalmente se analizará el potencial de las propiedades magnéticas de los NCs para el monitoreo de su reactividad in operando. Síntesis Los NCs fueron sintetizados por goteo de una suspensión formada por FeNPs, PAN y dimetilsulfóxido en una solución 0,01 M de NaOH. Las esferas obtenidas fueron secadas a 50 °C por una noche y luego tratadas térmicamente por 3 h a 230 °C para mejorar su resistencia mecánica. Se produjeron NCs con diferente carga de FeNPs en el rango 0-27% de Fe m/m y aquellos conteniendo 17% y 27% de Fe fueron adicionalmente calcinados a 180 °C y 280 °C. CaracterizaciónLos NCs y las nanopartículas libres fueron caracterizados por SEM-EDS, XRD, espectroscopía Mössbauer, FTIR, porosimetría y VSM (por su sigla en ingés, Vibrating Sample Spectrometry). El análisis por VSM se realizó antes y después de hacer reaccionar durante 4 h a los NCs con 27% de FeNPs en una solución 65 μM de Cr(VI) a pH 3. Resultados De acuerdo con el análisis de porosimetría y SEM-EDS, se obtuvieron esferas de PAN milimétricas con porosidad distribuida jerárquicamente (macro- y mesoporosidad). Un corte transversal de las esferas permitió observar el desarrollo de canales de diámetro interno decreciente hacia el exterior. Las FeNPs fueron encontradas formando aglomerados micrométricos con presencia preponderante de la fase α-Fe hasta 230 °C, según se vio por XRD.El análisis de los espectros de FTIR de los NCs mostró la transformación de la estructura molecular de PAN de una cadena alifática de forma lineal a una estructura de tipo escalera al aumentar la temperatura del tratamiento térmico. Por espectroscopía Mössbauer se determinó que de un 90% de Fe(0), los NCs tratados a 230 °C conservaron un 50% de Fe(0) remanente2. Las restantes fases de hierro serían magnetita/maghemita y/o akaganeíta. Las curvas de histéresis obtenidas por VSM mostraron una disminución de la magnetización de saturación (Ms) al aumentar la temperatura de tratamiento térmico. Este hecho es consistente con la reducción de la proporción de α-Fe por oxidación, siendo que los óxidos poseen menor susceptibilidad magnética que el hierro metálico. El Fe(0) también puede oxidarse por reacción con Cr(VI), un contaminante modelo, para formar oxo(hidróxidos) de Cr(III) y Fe(III)3. Se observó que a mayor remoción de Cr(VI) se obtiene mayor disminución de Ms.