Xerogeles de TiO2: estudio estructural y morfológico

Lorenzo, Cecilia – Drago, Martín – Samsolo, Nicolás – Birsa, Juan Ignacio – Marques Serra, Paola – Canepa, Alejandro

Complementos de Química Inorgánica y Analítica

2008

OBJETIVOS

• Obtener membranas de TiO2 por Sol-Gel por dos rutas sintéticas:

a 80C y a T° ambiente (con y sin diálisis)

• Caracterizar los productos obtenidos : IR – TGA – DRX – Light Scattering - SEM

• Analizar influencia de parámetros de síntesis

USOS y APLICACIONES

● En procesamiento de alimentos, en biotecnología, en el sector farmacéutico, petroquímico. ● Como membranas para separación de gases, líquidos y metales molidos.● Como membranas de filtración para agua y distintas suspensiones.● Como membranas catalíticas para la conversión de hidrocarburos.● Como sensores para la preparación de electrodos de alta temperatura.● Como membranas electrónicas y fotoelectrónicas.

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TiO2 MOSQUITO TRAP

NANOTUBOS CELDAS SOLARES

Preparación de Soles de TiO2 por el método de peptización

Hay dos tipos de soles:

● formados por partículas “compactas” ● formados por partículas “esponjosas”

HOBut4TiOO2HTi(Obut) 224

Formados por partículas “esponjosas”● Peptización a temperatura ambiente● Partículas de pequeño tamaño● Poco cristalinas y de alta área superficial● Xerogel con entramado abierto

Formados por partículas “compactas”● Peptización a mayor temperatura● Redisolución de las partículas por digestión formando menos agregados de mayor tamaño

SOLES……..

SOLES GELES XEROGELES-H2O -H2O

Calcinación a:300C450C600C

CARACTERIZAR

RESUMEN DE LA PARTE EXPERIMENTAL

80C - DIALIZADOT° ambiente - NO DIALIZADO

XEROGELES – “Geles secos”

T° ambiente - DIALIZADO

LIGHT SCATTERING

LIGHT SCATTERING - RESULTADOS

SINTESIS A T° Ambiente

Tamaño de partícula

Agregado de Ti(OBut)4

25,91 nm

Después de 2hs de síntesis

28 nm

Luego de síntesis, antes de dializado

23,12 nm

Después de dializado

103,66 nm

SINTESIS A 80CTamaño de

partícula

Agregado de Ti(OBut)4

21,44 nm

Después de 2hs de síntesis

19,80 nm

Luego de síntesis, antes de dializado

320,03 nm

Después de dializado

492,42 nm

SEM

Sol obtenido de Síntesis a 80°C dializado

Sol obtenido de Síntesis en frío

No dializado Dializado

SEM

Sol obtenido de Síntesis a 80°C dializado

Sol obtenido de Síntesis en frío

No dializado Dializado

SEM

Xerogel obtenido de Síntesis a 80°C

dializado

Xerogel obtenido de Síntesis en frío

No dializado Dializado

SEM

Xerogel obtenido de Síntesis a 80°C

dializado

Xerogel obtenido de Síntesis en frío

No dializado Dializado

ESPECTROSCOPIA IR

ν O—H (H2O)

ν NO3-

ν (bending) del OH-

ν Ti4+ --O (310-625 cm-1)

TERMOGRAVIMETRIA(Tg)

• Rango: 45ºC - 650ºC Rampa: 10 ºC por minuto

707274767880828486889092949698

100

0 100 200 300 400 500 600

TEMPERATURA (ºC)

PO

RC

EN

TA

JE D

E M

AS

A (

%)

Síntesis a T°ambiente DIALIZADASíntesis a T°ambiente SIN DIALIZARSíntesis a 80C

Producto sintetizado a T° ambiente NO dializado

H2O y ButOH

NO3-

TERMOGRAVIMETRIA(Tg)

0 100 200 300 400 500 600 70075

80

85

90

95

100

% m

asa

Temperatura (ºC)

0 100 200 300 400 500 600 700-0,12

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

d(%

mas

a)/d

(tem

pera

tura

)

Temperatura (ºC)

 

Síntesis a 80C y DIALIZADO

Síntesis a T° ambiente SIN

DIALIZAR

Síntesis a T° ambiente

DIALIZADO

% NO3 7,98 10,87 7,97

% mat. Organica y H2O 8,33 9,09 10,92

% impurezas 16.32 19.96 18.89

De 100 a 162 ºC se libera H2O y ButOH

Luego se libera NO3- hasta los 412ºC

TERMOGRAVIMETRIA(Tg) - RESULTADOS

Calcinadas a 600°C

Muestras secas a 40°C

80°C-DIAL.

80°C-DIAL.

T°Amb-NO DIAL.

T°Amb-NO DIAL.

T°Amb-DIAL.

T°Amb-DIAL.

Muestra seca a 40°C

Calcinada a 300°C

Calcinada a 450°C

Calcinada a 600°C

Síntesis a 80°C DIALIZADO

Síntesis a T° Ambiente SIN DIALIZAR

Muestra seca a 40°CCalcinada a 300°C

Calcinada a 450°C

Calcinada a 600°C

Síntesis a T° Ambiente DIALIZADO

Muestra seca a 40°CCalcinada a 300°C

Calcinada a 450°C

Calcinada a 600°C

Conclusiones• La técnica de sol gel permite:• Controlar las fases del producto y su morfología

con pequeños cambios experimentales, temperatura, calcinación y digestión.

• Controlar la obtención de fases estables, mientras el método cerámico solo se obtiene rutilo.

• Dializar permite:• Controlar el tamaño de partícula, pudiendo

conseguirse el tamaño buscado, que influye con la morfología, y eliminación de productos de reacción no deseados.

• Obtener cristales más puros.

• Peptizado a temperatura ambiente + diálisis: partículas esponjosas, poco cristalinas y de alta área superficial. Pueden absorber agua.

• Peptizado con reflujo + diálisis: partículas compactas y de baja área superficial. Entramado cerrado.

• Si se quisiese obtener únicamente estructura de rutilo: peptizado dializado calcinado a 600º C.

• Si se quisiese obtener anatasa: reflujo calcinado a 450º C.

• Se utilizan calcinados por encima de 350° C, ya que por lo visto en TG, a esa temperatura uno se deshace del NO3

- existente, teniendo partículas puras.

Conclusiones

• Esto permite que uno sintetice el xerogel según lo requiera, siendo muy útil en el momento de sintetizar nuevas membranas.

Conclusiones

• GRACIAS CLAUDIA!!!

• GRACIAS POR VUESTRA ATENCION!!