SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES HÍBRIDOS A BASE DE GEL DE SÍLICE FUNCIONALIZADOS CON COMPUESTOS IÓNICOS PARA CAPTACIÓN DE PLOMO (Pb⁺²)

Abstract

En los últimos años, el desarrollo de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos ha sido un área emergente dentro de la ciencia de materiales. La razón de esta tendencia viene dada por la combinación de las propiedades de los componentes orgánicos e inorgánicos en un mismo material, lo cual, produce materiales novedosos y únicos, cuyas propiedades finales difieren considerablemente de aquéllos constituidos por los componentes individuales. Dentro de la amplia gama de aplicaciones, los materiales híbridos tienen el potencial de ser utilizados en procesos de remoción de metales pesados provenientes de efluentes de aguas contaminada. En el presente trabajo, se sintetizaron materiales híbridos mediante el método sol-gel utilizando [(3-trihidroxisilil) propil] metilfosfonato de sodio (MFS), [3-(2- aminoetilamino) propil] trimetoxisilano (AP), (3 - Mercaptopropil) trimetoxisilano (MP) y Ácido fólico (AF), como precursores funcionalizantes, y tetraetoxisilano (TEOS) como precursor inorgánico de gel de sílice. Estos materiales fueron diseñados con la finalidad de ser utilizados en procesos de adsorción de iones de plomo disueltos en soluciones acuosas. La elección de los grupos funcionales se realizó tomando en consideración dos puntos importantes: la afinidad entre el grupo funcional y el metal a ser captado (Pb+2), y el efecto del grupo funcional en la estructura porosa final del material. Además, un reto de este trabajo es explicar a nivel molecular la contribución de los grupos funcionales en el proceso de adsorción de los iones de plomo y saber si todos los grupos funcionales están disponibles para la estabilización de los mismos. A través de este estudio a nivel molecular, se propone un mecanismo de adsorción y se genera un mejor entendimiento de la interacción entre el material y los iones de plomo adsorbidos en la superficie del material. Para la evaluación de la interacción a nivel molecular se siguió una metodología propuesta por Shenderovich, en la cual, mediante el uso de la técnica de resonancia magnética nuclear en estado sólido, calcula la asociación entre los núcleos de fósforo y los iones de plomo, utilizando a los átomos de fósforo como sensores de la interacción. Por ello, se eligió el material híbrido GSMFS con el sistema que involucra estos átomos de fosforo en la captación de iones Pb. RMN 13C CP-MAS fue utilizado para observar tanto la presencia de los grupos orgánicos de fosfonato en los materiales. RMN 29Si MAS se utilizó para obtener información sobre la estructura del gel sílice, el grado de condensación y cambios en la estructura después de la captación de los iones de plomo. RMN 31P CP-MAS fue utilizado para estudiar las interacciones entre los átomos de fósforo y los iones de plomo, y para proponer un mecanismo de adsorción entre el ion de plomo y la superficie del material híbrido. XPS y SEM-EDX fueron utilizado para estudiar el entorno químico del material híbrido antes y después del proceso de adsorción de plomo y para proponer el complejo plomo-fósforo formado en la superficie del material, y con esto encontrar la relación entre la cantidad de grupos funcionales necesarios para estabilizar a una especie de plomo.