• Los materiales llamados mesoporosos e
hidróxidos de doble lámina han sido probados,
con efectividad de entre 80 y 90 por ciento, en la adsorción
del flúor de la gasolina de alquilación, y de
fosfatos presentes en sistemas acuíferos
• José Franco Pérez Arévalo, de la
FES Cuautitlán, y titular de la investigación,
planea usarlos para la adsorción de arseniatos
Científicos de la Facultad de Estudios Superiores
(FES) Cuautitlán de la UNAM, realizan la síntesis
y transformación química de materiales mesoporosos
e hidróxidos de doble lámina, para generar catalizadores
y adsorbentes sintéticos, útiles en el control de
la contaminación atmosférica y de sistemas acuosos.
Los materiales ya han sido probados con una efectividad
de entre 80 y 90 por ciento en la adsorción del flúor
de las gasolinas de alquilación (mezclado con agua el flúor
produce el dañino ácido fluorhídrico) y de
fosfatos, presentes en acuíferos, donde provocan el agotamiento
de nutrientes, la proliferación de algas y la contaminación
del recurso hídrico.
José Franco Pérez Arévalo, responsable
del laboratorio de Nanomateriales y Especiación Química
de la FESC, y titular de la investigación, planea usarlos
para la adsorción de arseniatos en el líquido, que
son aún más tóxicos.
Tradicionalmente, en la industria petrolera se han usado
zeolitas, materiales microporosos (diámetro de poro entre
0.2 y dos nanómetros) cristalinos naturales y sintéticos,
para la separación de elementos, o como catalizadores;
no obstante, pierden efectividad cuando las moléculas a
separar son grandes y complejas, como sucede con el petróleo.
En contraste, los materiales mesoporosos, descubiertos
por investigadores de la compañía Mobil Oil (M41S),
no sólo son útiles para moléculas más
grandes y complejas, sino que en ellos se puede regular el tamaño
y la distribución de los poros, controlando las condiciones
de síntesis.
Son de origen sintético y el diámetro de
sus orificios es de dos a 50 nanómetros y de simetrías
hexagonales, cúbicas y laminares, entre otras, en la distribución
de los mismos y, por lo tanto, nanomateriales.
Se forman al utilizar, como agentes “moldeantes”,
sustancias cuyas partículas son anfifílicas; es
decir, una parte de la molécula es soluble en agua y la
otra insoluble. Se acomodan de tal forma que la parte que “le
gusta” estar en contacto con el líquido queda en
el exterior, y la otra, en el centro. Eso crea, en forma espontánea,
nanoestructuras, y la micela es la más simple (en general
de forma esférica).
Si el número de esferas crece, por efecto de la
concentración de la sustancia anfifílica en agua,
se fusionan y forman cilindros, como “fideos”.
“Los químicos podemos aprovechar esta propiedad
para formar alrededor de ellos un sólido mediante una polimerización.
Una vez creada esta matriz sólida alrededor de los “cilindros”,
se efectúa una calcinación para eliminar la parte
orgánica del agregado micelar (parte central) y formar
un sólido mesoporoso”.
Este material, a base de sílice, tiene dos características
principales: el tamaño y simetría del poro se pueden
controlar, y dentro se podrían desarrollar reacciones químicas
para formar nanomateriales de tamaño específico.
Es como hacer una gelatina con una forma pre-determinada;
para ello, se necesita un recipiente o molde, luego se coloca
la grenetina en agua caliente y, finalmente, se deja enfriar para
retirarla, explicó Pérez Arévalo.
Aquí la idea es la misma, primero se crean nanoestructuras
(agregados micelares) que forman el molde, sobre él se
realiza una reacción de polimerización, es decir,
se polimeriza la sílice –estable, inerte y barata-
y luego se lleva al horno para quitar el material del centro.
Así se obtiene un sólido con una distribución
simétrica de poros (mesoporos).
Los materiales mesoporosos, formados por millones de
“mangueras” de diámetro y simetría nano-métricas,
tienen una superficie grande: en un gramo podrían existir
hasta mil metros cuadrados de área superficial; por ello,
pueden aplicarse como adsorbentes. Éste fue el caso de
la adsorción de flúor en las gasolinas de alquilación
mediante el material mesoporoso SBA-15.
“Pemex mezcla la mejor gasolina (gasolina de alquilación)
con otras de menor calidad para dar al combustible un octanaje
determinado. En la obtención de la gasolina de alquilación
se utiliza al flúor como catalizador (que disminuye el
tiempo de la reacción química)”.
Así, la meta fue aplicar, por primera vez, los
materiales mesoporosos (material SBA-15) para adsorber al flúor.
Junto con José Manuel Domínguez Esquivel, investigador
del Instituto Mexicano del Petróleo, lograron resultados
exitosos (en porcentajes del 80 al 90 por ciento).
También se aplicaron los hidróxidos de
doble lámina (arcillas aniónicas), especie de “sándwiches”,
donde los aniones se encuentran en la parte media y presentan
cierta movilidad, por lo que pueden ser intercambiados. Por los
resultados obtenidos, la paraestatal planea llevar esta prueba
a escala industrial, y así lograr gasolinas más
“limpias”.
En esa línea, Pérez Arévalo empleó
los materiales mesoporosos y los hidróxidos de doble lámina
en la adsorción de fosfatos presentes en sistemas acuíferos
con resultados positivos.
Debido a que éstos tienen un comportamiento parecido
a los arseniatos (ambos son tri-aniones provenientes de ácidos
tripróticos), decidió aplicar una metodología
similar para la adsorción de arseniatos. Con este estudio,
que apenas comienza, se espera obtener resultados efectivos.
El científico también se interesa por su
uso para sintetizar nanomateriales con propiedades novedosas,
con el empleo de los poros como nano-reactores para hacer reacciones
químicas “selectivas” con moléculas
de cierto tamaño.
Junto con sus colaboradores, desarrolla investigaciones
relativas a la disminución de contaminantes ambientales
con la aplicación de nanomateriales con propiedades novedosas.
La meta, contar con procesos donde los desechos sean
cada vez menos, o donde, con métodos y herramientas innovadoras,
“limpiemos lo que hemos ensuciado”, finalizó.
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