“SÍNTESIS DE COMPOSITOS DE AlOOH Y PMMA: CARACTERIZACIÓN Y PRUEBA DE ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA EN LA DEGRADACIÓN DE FENOL”

Abstract

Este trabajo de investigación presenta la síntesis de materiales tipo composito, formados por la adición de una matriz orgánica a una red inorgánica mediante la metodología sol-gel, todos los compositos fueron sintetizados a la misma concentración. Es decir, fueron adicionadas nanopartículas de polimetilmetacrilato (PMMA) y polimetilmetacrilato entrecruzado (cl-PMMA), sintetizadas mediante polimerización por microemulsión directa, con diámetros menores a 50 nm, a una dispersión sol formada por un precursor de oxihidróxido de aluminio también denominada boehmita (AlOOH), que fue hidrolizado y sometido a dos tratamientos térmicos, un secado a 110°C y una calcinación a 300°C. Siguiendo la anterior metodología se obtuvieron tres series de materiales, en el GRUPO A los compositos fueron obtenidos a partir de la adición directa del látex de nanopartículas PMMA, en el GRUPO B los compositos se obtuvieron mediante la adición de partículas purificadas de PMMA y en el GRUPO C se seleccionaron dos compositos más la boehmita de referencia del conjunto anterior, para ser sometidas a dos tratamientos térmicos adicionales 500°C y 1100°C (obteniéndose secuencialmente estructuras tipo pseudoboehmita, boehmita, ɣ-alúmina y α-alúmina), con la finalidad de realizar un estudio comparativo en la variación de sus propiedades texturales y estructurales de acuerdo al tamaño de nanopartículas de PMMA adicionada. Todos los materiales fueron caracterizados mediante adsorción física de N2 a la temperatura de saturación del Nitrógeno líquido (-195.5°C), calorimetría diferencial de barrido (DSC), difracción de rayos-X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopía Raman, espectroscopía de infrarrojo (FT-IR), espectroscopía de ultravioleta-visible por reflectancia difusa (UV-Vis) y espectroscopía de fotoluminiscencia (PL). Mediante el estudio de las propiedades texturales de los compositos del GRUPO A se identificó que sus valores de área superficial específica son bajos (~340-400 m 2 /g) comparados con la bohemita de referencia (391 m2 /g), los compositos del GRUPO B alcanzaron valores de área superficial específica en un rango mayor a 400 m2 /g, los materiales composito del GRUPO C incrementaron significativamente su área superficial específica a 300°C y 500°C con respecto al material de referencia. Los barridos de DSC indican que aproximadamente a 250°C las nanopartículas de PMMA sufren un proceso de descomposición identificado mediante una intensa absorción de calor, lo cual indica que a 300°C 2 mayor parte del contenido de polímero no se encuentra estructuralmente como PMMA, sino como residuos de carbono. Resultados relevantes del análisis de energía de banda prohibida señalaron que los compositos del GRUPO A y B disminuyeron su energía de banda en el rango 0.3 - 0.33 eV con respecto a la boehmita de referencia tratada a 300°C (3.5 eV), presentando el valor mínimo el composito cl-PMMA d1/Al-300°C con 3.16 eV. Los materiales del GRUPO A Y GRUPO B fueron sometidos a evaluación de la actividad fotocatalítica en la degradación de fenol en solución acuosa (10 ppm) mediante irradiación UV, resultando ser los materiales del GRUPO B aquellos que presentaron mejores resultados en la fotodegradación de fenol, en el cual el material cl-PMMA d1/Al-300°C presentó el mayor porcentaje de fotodegradación alcanzando 90.5% de fotodegradación a 60 min de fotorreacción comparado con la boehmita sintetizada como referencia a 300°C, alúmina Catapal B y TiO2 P-25 donde se obtuvieron 67.6%, 64.2% y 80.7% de fotodegradación de fenol respectivamente. La evaluación de intermediarios se efectuó mediante el desarrollo de un sistema de ecuaciones de la ley de Lambert-Beer para mezclas, donde notoriamente se identificó una disminución en la fotogeneración de intermediarios para la muestra más activa, además se propone un mecanismo de reacción para describir el comportamiento de éstos en función del tiempo. El papel del entrecruzante divinilbenceno (DVB) adicionado a las partículas de PMMA en los compositos, utilizado como agente de acoplamiento y actuando como puente de flujo de electrones deslocalizados, interviniendo en la sensitización de la boehmita por medio de los residuos de carbono del PMMA, es propuesto como el responsable del incremento de la actividad fotocatalítica en la degradación de fenol en solución acuosa, produciendo una disminución en la energía de banda prohibida y en la intensidad del efecto de fotoluminiscencia, que a su vez reduce la velocidad en la recombinación electrón-hueco de los portadores de carga cuando el material es excitado en la región ultravioleta, favoreciendo la reacción de fotodegradación de fenol en solución acuosa