Materiales magnéicos como soportes y catalizadores en procesos de Química Fina

Abstract

La preocupación que existe por el medioambiente ha motivado que en los últimos años, dentro del campo de la Química, surjan nuevos planteamientos en las distintas tecnologías industriales, como es el caso del desarrollo de catalizadores más eficientes y selectivos, ya sea a través de la utilización de fuentes renovables para su preparación (por ejemplo, a partir de biomasa), o bien, mediante procedimientos de síntesis benignos y acordes con los Principios de la Química Verde. Para el desarrollo de estos catalizadores, los materiales mesoporosos muestran un gran potencial en el ámbito de la catálisis heterogénea, permitiendo ser funcionalizados por síntesis directa o mediante procedimientos post-síntesis. Teniendo en cuenta estas consideraciones, en la presente Memoria de Tesis Doctoral se describen la preparación y caracterización de distintos materiales mesoporosos funcionalizados con nanopartículas metálicas y su utilización en distintas aplicaciones, principalmente en catálisis heterogénea. En primer lugar, en el trabajo “Simple Preparation of Novel Metal-Containing Mesoporous Starches”, se describe la síntesis de materiales mesoporosos a partir de precursores renovables obtenidos de la biomasa, siguiendo una metodología que evita el uso de agentes directores de la estructura y la utilización de disolventes benignos con el medio ambiente para su preparación, tales como agua o etanol. Concretamente, se ha llevado a cabo con éxito la síntesis y caracterización de materiales mesoporosos derivados del almidón, funcionalizados con especies metálicas de Fe, Co y Cu. En la preparación de estos materiales inicialmente se ha mezclado almidón y agua para la elaboración de un gel, empleando para ello una metodología eficiente basada en irradiación con microondas. Posteriormente se le ha incorporado el precursor metálico correspondiente, seguido por un intercambio del disolvente (agua  etanol  acetona) y secado de la muestra, obteniéndose finalmente el material poroso funcionalizado. Respecto a la caracterización, a partir de los resultados de las isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno los materiales sintetizados han presentado elevadas áreas superficiales con tamaños de poro en el intervalo de los 10-15 nm. Asimismo, los estudios de difracción de rayos X han puesto de manifiesto que las fases metálicas obtenidas en los materiales funcionalizados con Fe, Cu y Co han sido óxido de hierro, óxido de cobre e hidróxido de cobalto, respectivamente. Además, mediante el análisis térmico gravimétrico y térmico diferencial hemos podido concretar el intervalo de temperatura determinante para la formación de los materiales Starbon®, descritos en el apartado I. de esta Memoria, en el cual el cambio estructural del material nos permite obtener los carbones mesoporosos. A tenor de los resultados obtenidos, nuestros materiales muestran características idóneas que los hacen candidatos potenciales para utilizados en una amplia variedad de aplicaciones, como por ejemplo en catálisis heterogénea o remediación medioambiental. Siguiendo en la línea de síntesis y preparación de materiales mesoporosos funcionalizados, respetando los Principios de la Química Verde, en los trabajos “Solventless Mechanochemical Synthesis of Magnetic Functionalized Catalytically Active Mesoporous SBA-15 Nanocomposites” y “Facile Mechanochemical Synthesis of Maghemite/Silica Nanocomposites: Advanced Materials for Aqueous Room Temperature Catalysis” se describe la formación de nanopartículas de óxido de hierro en su fase maghemita sobre silicatos mesoporosos con estructura del tipo SBA-15 utilizando un novedoso procedimiento de molienda mecanoquímica sin el uso de disolventes, desarrollado por nuestro grupo de investigación. Estos materiales híbridos de fácil preparación, denominados “nanocomposites”, han presentado propiedades...