Estudio de arcillas sintéticas bi y tri laminares y su aplicación en procesos avanzados de oxidación

Abstract

En la presente tesis se sintetizaron arcillas sintéticas Bi y Tri Laminares de Fe3+:Mg2+:Al3+, también denominadas hidróxido doble (HDL) y triple laminar (HTL) respectivamente, los diferentes materiales obtenidos se aplicaron en la degradación Tipo fentón heterogéneo del colorante cristal violeta y el fármaco sulfadiazina (SDZ). Se sintetizaron tanto HDL y HTL con diferentes relaciones molares de las sales precursoras, la caracterización fisicoquímica demostró que las estructuras obtenidas presentan la fase hidrotalcita y sólo en el caso de los HTL se identificaron impurezas de Akaganeita [Fe3+O(OH)] y Gibbsita [Al(OH)3]; los parámetros de red, SEM y TGA confirman un mayor grado y orden de apilamiento de las láminas en los HTL, con tamaños medios de cristalito de 8.92-11.3 nm y una mayor estabilidad térmica que los HDL, los cuales cuentan con un apilamiento menor y tamaños de cristalito entre 10.4-14.3 nm. Los materiales resultantes tanto HDL como HTL presentan carbonatos como anión interlaminar principal, se confirmó una alta estabilidad de la estructura en medio ácido y básico; con área superficial entre SBET= 76 y 147 m2 g-1 y un pHIEP≈6. Se demostró que tanto el HDL como el HTL son eficientes y competitivos para su aplicación en la degradación del colorante Cristal Violeta, donde los porcentajes de degradación son mayores a valores de pH≥ pHIEP, sin embargo, el HTL resultó ser una mejor alternativa. Además, se evalúo el efecto de la masa de catalizador, pH, relación de metales precursores, concentración de H2O2 y cristal violeta; los resultados indican que con cargas optimas de 0.05 g de catalizador, una [H2O2] de 10000 μM y pH>pHIEP para una concentración de 50 mg L-1 de CV a temperatura constante (25°C), se logra una degradación de hasta 98%, durante los primeros 30 min de reacción para HTL-2:4:2. Esto debido a que cuentan con mayor cantidad de sitios activos de Fe3+, grupos OH en la superficie de las láminas, defectos de red (vacancias de oxígeno) y un mayor grado de apilamiento de las láminas que le permite una aumentar la generación de radicales hidroxilos. Los estudios preliminares de sulfadiazina indicaron una degradación del 56% en un periodo de 60 min bajo condiciones [SDZ] de 50 mg L-1 , pH=4, 10000 μM de K2S2O8 y 0.05 g del material HTL.

In the present thesis, anionics clays layered double hydroxides (LDH) and a new clay named layered triple hydroxides (LTH) were synthesized using Fe:Mg:Al as a precursors metals. The obtained material were applied in the heterogeneous fenton process in the degradation of dyes as crystal violet and emerging contaminants as sulfadiazine. The physicochemical characterization showed that the LDH and LTH have the hydrotalcite crystalline phase and impurities of Akaganeite [Fe3+O(OH)] and Gibbsite [Al(OH)3]; the lattice parameters, SEM and TGA parameters confirm a higher degree and order of layers stacking in LTH, with mean crystallite sizes of 8.93-11.3 nm and higher thermal stability than LDH, which have lower stacking and crystallite sizes between 10.4-14.3 nm. The resulting materials (LTH and LDH) have carbonates as interlaminar anion, and a high stability of the structure in acidic and basic media was confirmed, surface area between SBET= 76 and 147 m2 g-1 and a pHIEP≈6. It was demonstrated that LTH and LDH are efficient and competitive for application in the degradation of Crystal Violet dye, where the degradation percentages are higher at pH≥ pHIEP values, however, LTH proved to be a better alternative. In addition, the effect of catalyst mass, pH, precursor metal ratio, H2O2 concentration and crystal violet were evaluated; the results indicate that with optimum loadings of 0.05 g catalyst, a H2O2 concentration of 10000 μM and pH>pHIEP for a concentration of 50 mg L-1 of CV at constant temperature (25°C), a degradation of up to 98% is achieved during the first 30 min of the reaction for LTH-2:4:2. The LTH have more Fe3+ active sites, OH groups on the surface of the layers, lattice defects (oxygen vacancies) and a higher degree of layers stacking that allows for increased generation of hydroxyl radicals. Preliminary sulfadiazine studies indicated 56% degradation over a 60 min period under [SDZ] conditions of 50 mg L-1, pH=4, 10000 μM of K2S2O8 and 0.05 g of the LTH material.