ADSORCIÓN DE IONES METÁLICOS DISUELTOS EN AGUA
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LOS GELES DE CARBONO ESTRUCTURAS PARA LA ADSORCIÓN DE IONES METÁLICOS DISUELTOS EN AGUA Rafael Fonseca 1 , Liliana Giraldo 2 , Juan Carlos Moreno 1 1. Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universidad de los Andes. Carrera 1 este No 18A10, Bogotá, Colombia. 2. Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Carrera 30 No 4503, Bogotá Colombia. Las estructuras químicas que se clasifican como geles son dos: los geles inorgánicos y los geles orgánicos. Los geles inorgánicos han sido ampliamente estudiados y avances recientes en la tecnología de cerámicas han hecho posible moldear la sílica y otros óxidos metálicos a temperatura ambiente mediante la técnica solgel y además se ha demostrado la posibilidad atrapar compuestos orgánicos en matrices inorgánicas al introducir el compuesto deseado con los precursores del solgel. En la Figura 1 se muestra un gel inorgánico preparado con base en sílice. Los geles con baja densidad y que se obtienen por secado de los solventes, de acuerdo a las condiciones de secado se denominan xerogeles o aerogeles de carbono, se emplean en la lucha contra la contaminación, pudiendo emplearse por ejemplo para controlar un derrame de petróleo en el agua o para purificar el aire. Las posibilidades de aplicación son amplias, entre las que se encuentra la adsorción de iones metálicos. Figura 1. Gel de sílice. http://www.puntogeek.com/ Los geles orgánicos representan una familia interesante y especial de materiales dentro de la escala de nano compuestos que desarrollan, de acuerdo a su método de síntesis, nanoporos. Los geles de carbono son estudiados desde hace ya más de una década debido a su potencial, ya que existe una amplia diversidad de geles, dependiendo de los precursores utilizados y del método de elaboración. Los geles de carbono se obtienen a partir de la policondensación de bencenos hidroxilados (fenol, catecol, resorcinol, hidroquinona, etc.) y aldehídos (formaldehído, furfural, etc.) en un solvente, seguido de una etapa de secado y posterior carbonización (Job et.al., 2004). En 1989 (Pekala et al., 1989) sintetizaron el primer gel orgánico obtenido a partir de la policondensación de resorcinol y formaldehído. Desde entonces este gel orgánico ha sido estudiado, y hoy día se siguen produciendo variantes al proceso de preparación mediante las cuales se logran geles de carbono con propiedades particulares. En la Figura 2, se muestra que en la
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Las estructuras químicas que se clasifican como geles son dos: los geles inorgánicos ylos geles orgánicos.
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LOSGELESDECARBONOESTRUCTURASPARALAADSORCINDEIONESMETLICOSDISUELTOSENAGUA
RafaelFonseca1,LilianaGiraldo2,JuanCarlosMoreno1
1. DepartamentodeQumica.FacultaddeCiencias.UniversidaddelosAndes.Carrera1esteNo18A10,Bogot,Colombia.
2.DepartamentodeQumica.FacultaddeCiencias.UniversidadNacionaldeColombia.SedeBogot.Carrera30No4503,BogotColombia.
Lasestructurasqumicasqueseclasificancomogelessondos: losgeles inorgnicosylosgelesorgnicos.Losgeles inorgnicoshansidoampliamenteestudiadosyavancesrecientesenlatecnologadecermicashanhechoposiblemoldearlaslicayotrosxidosmetlicosatemperaturaambientemediantelatcnicasolgelyademssehademostradola posibilidad atrapar compuestos orgnicos en matrices inorgnicas al introducir elcompuesto deseado con los precursores del solgel. En la Figura 1 semuestra un gelinorgnicopreparadoconbaseenslice.Losgelesconbajadensidadyqueseobtienenporsecadodelossolventes,deacuerdoalascondicionesdesecadosedenominanxerogelesoaerogelesdecarbono,seempleanen la luchacontra la contaminacin,pudiendoemplearseporejemploparacontrolarunderramedepetrleoenelaguaoparapurificarelaire.Lasposibilidadesdeaplicacinsonamplias,entrelasqueseencuentralaadsorcindeionesmetlicos.
Figura1.Geldeslice.http://www.puntogeek.com/
Losgelesorgnicos representanuna familia interesanteyespecialdematerialesdentrode laescaladenanocompuestosquedesarrollan,deacuerdoasumtododesntesis,nanoporos. Los geles de carbono son estudiados desde hace ya ms de una dcadadebidoasupotencial,yaqueexisteunaampliadiversidaddegeles,dependiendodelosprecursoresutilizadosydelmtododeelaboracin.Losgelesdecarbonoseobtienenapartir de la policondensacin de bencenos hidroxilados (fenol, catecol, resorcinol,hidroquinona, etc.) y aldehdos (formaldehdo, furfural, etc.) en un solvente, seguido deunaetapadesecadoyposteriorcarbonizacin(Jobet.al.,2004).En1989(Pekalaetal.,1989) sintetizaron el primer gel orgnico obtenido a partir de la policondensacin deresorcinolyformaldehdo.Desdeentoncesestegelorgnicohasidoestudiado,yhoydasesiguenproduciendovariantesalprocesodepreparacinmediantelascualesselograngeles de carbono con propiedades particulares. En la Figura 2, semuestra que en la
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primeraetapa,depreparacindelgelorgnico,tienelugarunareaccindeadicinentreelresorcinolyelformaldehdo.Elresorcinolesuncompuestofenlicotrifuncionalqueescapazdeadicionarformaldehdoentresdesusposiciones(2,4,6)delanilloaromtico.
Figura2.Reaccindepolimerizacingelresorcinolformaldehido.Primeraetapa.Reaccindeadicin.
En la segunda etapa tiene lugar la condensacin de los derivados hidroximetlicosformadosenlaprimeraetapa.Enestareaccindecondensacintienelugarlaformacinde enlaces metilnicos y de tipo ter entre los distintos derivados hidroximetlicos queoriginanelpolmero,Figura3.La reaccindecondensacinda lugara la formacindeunaspartculascoloidalesquecomienzanaentrecruzarseparadaragregadosdeunos7a10nmdedimetro.Amedidaquetranscurrelareaccin,elentrecruzamientodeestosagregadosesmuygrandeyacabanformandounaestructuratotalmenteinterconectada.
Figura 3. Reaccin de polimerizacin gel resorcinol formaldehido. Segunda etapa.Condensacindelosderivadoshidroximetlicos.
Talcomosemuestraen lasFigurasanteriores, la reaccinparaobtenerelgelorgnicoconsisteenunahidrlisisyunaposteriorcondensacinanlogaalasntesissolgeldelosxidosinorgnicos.EnlaFigura4semuestraunafotografadeungeldeltiporesorcinolformaldehidoquesehadescrito.
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Figura 4. Geles FenolResorcinol preparados a diferentes concentraciones de loscomponentes
Unavezseobtieneelgel,estesepuedesometeraunacarbonizacinparaobtenerunmaterial carbonoso que est formado por cadenas o aglomerados tipo coloidal departculaspolimricas,conundimetroqueseencuentraalrededordelos810nm.Estetipo de nanoestructrura es responsable de una serie de propiedades trmicas, pticas,elctricas y mecnicas que hacen de los geles de carbono unos materiales de granpotencialyversatilidad.Entrestaspropiedadessonderesaltar:sualtaporosidad(mayordel 80 %), rea superficial (4001200 m2.g1) y volumen de poros caractersticas quedependen de las condiciones de sntesis y que proporcionan a estos materiales granversatilidad,yaquepermitendisearslidosconpropiedadesespecficasparadiversasaplicaciones variando las proporciones de los reactivos y las condiciones de operacindurantelasntesis.Debido a su textura porosa, los geles de carbono pueden utilizarse en aplicacionesrelacionadas con reacciones heterogneas (por ejemplo: reacciones catalticas,adsorcin,almacenamientodegases,etc.).Porotraparte,seconocequepresentanunaconductividadtrmicabaja,debidoasuestructuraultraporosa, loquehacede losgelesdecarbonobuenosaislantestrmicos.Porltimo,variosestudioshandemostradoquelaestructurananoporosadelosgelesdecarbono permite utilizar estos materiales como electrodos en supercondensadores dedoblecapa(Frackowiaket.al.,2010).Otroaspectoimportantedeestetipodematerialesque favorecen su utilizacin en diversos campos, es que se pueden obtener en variasformas:monolitos,polvo,pelculas,microesferas(Shenet.al.,2004)oformandopartedeuncomposite(Nishiyamaet.al.,2005).
ComosemuestraenlaFigura5,enelprocesodeobtencindegelesorgnicosapartirderesorcinolyformaldehdosepuedendiferenciartresetapasprincipales:
(i) La reaccin solgel donde el polmero se entrecruza y se forma el gelresorcinolformaldehdo.IaIV
(ii) Elsecadodelgelsaturadodesolvente.V(iii) Lacarbonizacindelgelorgnicoparaobtenerelgeldecarbono.VI
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Figura5.Esquemadelasetapasinvolucradasenlaobtencindegelesdecarbono.
Durante el desarrollo de cada una de stas etapas la estructura final del gel se verafectada y tambin sus propiedades finales. Un proceso adicional al cul se puedensometerlosgelesdecarbonocorrespondeaunaactivacindespusdelacarbonizacin.El objeto de la activacin es el aumento del rea superficial obtenida en la sntesis yaumentar la porosidad que se ha podido cerrar durante los procesos de secado ycarbonizacin(FairnJimnezet.al.,2006).EnlaFigura6semuestraunafotografadeunaerogeldecarbono.
Figura6.Fotografadeungeldecarbonodebajadensidad.http://www.ingenieros.es
La contaminacin con metales pesados txicos de fuentes hdricas por efluentes dediferentes industrias tales como: metalrgica, qumica, pintura, textil, papelera, cuero,fertilizantes, pesticidas y otras, se ha convertido enunaproblemtica ambiental de altoimpactoquesepuederemediarcongelesdecarbndadoquedichosmaterialesposeenunaestructuraporosaysepuedemodificarpordiferentestcnicasexperimentales.REFERENCIAS
FairnJimnezD.,CarrascoMarnF.,MorenoCastillaC., Porosityandsurfaceareaof
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monolithic carbon aerogels prepared using alkaline carbonates and organic acids aspolymerizationcatalysts,Carbon,44,2006,2301FrackowiakE.,BguinF.,Carbonmaterialsfor theelectrochemicalstorageofenergy incapacitors,Carbon,39,2010,937JobN.,PirardR.,MarienJ.,PirardJ.P.,PorouscarbonxerogelswithtexturetailoredbypHcontrolduringsolgelprocess,Carbon,42,2004,619Nishiyama N., Zheng T., Yamane Y., Egashira Y., Ueyama K., Microporous carbonspreparedfromcationicsurfactantresorcinol/formaldehydecomposites,Carbon,43,2005,269Pekala R.W., Organic aerogel from polycondensation of resorcinol with formaldehyde,JournalofMaterialScience,24,1989,3221Shen J., Wang J., Zhai J., Carbon aerogel films synthesized at ambient conditions,JournalofSolGelScienceandTechnology,31,2004,209
![Estudio de la Fusión en Frío · paladio también puede generar una variedad de reacciones nucleares [23], dependiendo del tipo de átomos disueltos en el paladio. Iones energizados,](https://static.fdocuments.es/doc/165x107/5e6484c9244bf6769e210f2e/estudio-de-la-fusin-en-fro-paladio-tambin-puede-generar-una-variedad-de-reacciones.jpg)
