Aplicación de sustancias tipo-húmicas para el control de la síntesis de nanomateriales core-shell magnéticos

PERALTA, MARCOS; KOFFMAN, ALEJANDRO; MÁRTIRE, DANIEL; CARLOS, LUCIANO

Río Cuarto

Congreso; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados (NANO 2022); 2022

Universidad Nacional de Río Cuarto

En los últimos años se han desarrollado diversas estrategias para obtener nanomateriales magnéticos de estructura core-shell para aplicaciones en medioambiente, medicina, bioingeniería, y energía, entre otras. En estos métodos de síntesis es común el empleo de sustancias orgánicas sintéticas como estabilizantes (citrato, EDTA, PVP, etc.) y/o agentes directores de estructura (P123, CTAB, etc.). Actualmente, existe un gran interés en el reemplazo de estos reactivos sintéticos por sustancias obtenidas a partir de la química verde. En este sentido, se han realizado varios esfuerzos para la valorización de residuos agrícolas, industriales y urbanos, convirtiéndolos en materias primas renovables para la producción de productos químicos finos, bioplásticos y auxiliares [1]. Por sus propiedades fisicoquímicas, bajo costo y ser amigables con el medioambiente, las sustancias tipo-húmicas obtenidas a partir de residuos sólidos urbanos (BBS) constituyen una alternativa interesante a los reactivos sintéticos. Las propiedades tensioactivas y la capacidad de las BBS para adquirir diferentes conformaciones y/o producir grandes agregados macromoleculares en solución ha ofrecido un campo para investigar estas sustancias como “templates” para la síntesis de materiales nanoestructurados [2].En este trabajo se investiga las propiedades estabilizantes de las BBS para la síntesis de nanopartículas (NPs) de magnetita y su potencial aplicación como agente direccionador de estructura en la formación de NPs tipo core-shell Fe3O4@SiO2 y Fe3O4@TiO2. Las NPs de magnetita se prepararon mediante una modificación del método del poliol. Se mezclaron sales de hierro (III), acetato de sodio y distintas cantidades de BBS (35, 70, 200, 500 y 1000 mg) en etilenglicol y se llevaron a 200°C durante 8 h. Los materiales obtenidos se denominaron MBBS-X, X = masa de BBS, y se caracterizaron mediante FTIR, VSM, TEM, XRD. Las nanopartículas consistieron en núcleos de magnetita recubiertas de una capa uniforme de materia orgánica. La cantidad de BBS resultó crítica en la distribución de tamaño de partículas y en sus propiedades magnéticas. A mayor concentración de sustancias tipo-húmicas en la síntesis se obtuvieron nanopartículas de menor tamaño y magnetización. Por otro lado, se ensayó el recubrimiento de nanopartículas de magnetita con y sin BBS, mediante el método sol-gel, con sílice mesoporosa por un lado (SiO2) y con dióxido de titanio (TiO2) por otro. Se obtuvieron nanomateriales con estructura core-shell solo en los casos que estuvieron presentes sustancias tipo-húmicas. Es posible que la superficie de MBBS-35 con grupos carboxilos y oxhidrilos contribuya favorablemente a la deposición de los precursores tetraetilortosilicato (TEOS) y tetrabutanolato de titanio (TBOT) sobre los núcleos magnéticos, por interacciones intermoleculares. Las nanopartículas core-shell recubiertas con sílice mesoporosa presentaron una distribución de tamaños casi monodispersa, un área superficial específica de 136 m2 g-1 y un tamaño de poros centrado en 2,9 nm. Las nanopartículas MBBS-X, así como las recubiertas con SiO2 y TiO2 poseen características adecuadas para su aplicación en procesos de remoción de contaminantes en medios acuosos, como adsorbentes o fotocatalizadores. En consecuencia, estas sustancias tipo-húmicas constituyen una potencial alternativa como agentes químicos para el control de la morfología y propiedades para la síntesis de nanomateriales core-shell magnéticos.