EVALUACIÓN DEL GRADO DE DIFUSIÓN DE GRUPOS NH2 DENTRO DE LOS POROS DE MCM-41

N.A. FELLENZ; J.M. LÁZARO-MARTÍNEZ; Y. GARRO LINCK; G. A. MONTI; S.G.MARCHETTI; J. F. BENGOA

Concepción

Congreso; 15 Congreso internacional de metalurgia y materiales-CONAMET/SAM 2015; 2015

Departamento de ingeniería de materiales-Universidad de Concepción

Los materiales mesoporosos ordenados MCM-41, MCM-48 y SBA-15, se han aplicado eficazmente como adsorbentes de numerosas especies orgánicas e inorgánicas. Las altas superficies específicas (mayores a 1000 m2.g-1), la posibilidad de regular a voluntad el tamaño de sus porosdentro del rango 2-30 nm, y su alta estabilidad térmica y química bajo diversas condiciones de uso, han hecho que sea posible la mencionada aplicación [1]. Por otro lado, la presencia de grupos silanoles (Si-OH) en las paredes internas de los poros, hace posible la incorporación post-síntesis a estos sólidos de variados grupos funcionales utilizando distintos alcoxisilanos. Estas modificaciones superficiales dan lugar a un sólido híbrido orgánico/inorgánico con mayor especificidad hacia la especie que se pretende adsorber, a la vez que mejoran la estabilidad del sólido en solución acuosa bajo distintos entornos de pH. Sin embargo, del análisis de la numerosa bibliografía existente [2] y de ensayos realizados previamente en nuestro laboratorio [3], se pone de manifiesto que las distintas modificaciones superficiales realizadas parecieran no abarcar toda la extensión de los mesoporos. Así, los grupos incorporados a la matriz mesoporosa se estarían anclando principalmente en la boca de los poros donde, además, se polimerizarían. Debido a esto la superficie específica inicial del sólido se ve drásticamente disminuida, ya que se produce un bloqueo de los poros. Así, parte de la red mesoporosa resultaría inaccesible al adsorbato o, debido a la ausencia de grupos funcionales en parte de su extensión, ineficaz para interactuar con él y retenerlo. Con el objetivo de evaluar el grado de difusión de los agentes funcionalizantes dentro de los poros de una sílice mesoporosa ordenada, en el presente trabajo se reporta la síntesis de dos sólidos con estructura de MCM-41. Los materiales fueron caracterizados utilizando diversas técnicas como: microscopía de escaneo y transmisión electrónica, adsorción/desorción de N2 a 77 K, difracción de rayos X a bajos ángulos, espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y resonancia magnética nuclear en estado sólido de silicio (Si29NMR). Las muestras poseen superficies específicas de 1130 y 1140 m2.g-1, arreglo hexagonal de mesoporos con tamaño medio de 2.1 nm y un diámetro medio de partícula de 459 y 826 nm. Teniendo en cuenta que la diferencia mas sobresaliente entre los dos sólidos estudiados es el tamaño medio de partícula, ambas muestras fueron sometidas a un tratamiento post-síntesis con aminopropiltrietoxisilano (APTES) en tolueno. La incorporación efectiva de los grupos NH2 se verificó con FTIR y Si29NMR. Ambos sólidos demostraron tener grupos propilamino anclados covalentemente con cierto grado de polimerización jerárquica. La superficie específica de la muestra con mayor tamaño de partícula disminuyó en mayor medida, ≈50% frente a ≈30%, demostrando así una menor accesibilidad del agente funcionalizante hacia el interior de los poros con el aumento de tamaño de partícula. Finalmente, se realizaron ensayos de adsorción de Cr (VI) en fase acuosa a pH=2.5; los resultados encontrados se discuten en relación a las propiedades estructurales de los sólidos.