OBTENCIÓN DE MATRICES ADSORBENTES DE DISEÑO DE CIRCONIA

Altieri Tamara A., Lombardo M. Verónica y Wolosiuk Alejandro.

Resumen

Introducción: Los procesos de adsorción sobre fases sólidas para la extracción y pre-concentración de tierras raras presentan ventajas respecto a los métodos tradicionales de extracción líquido-líquido: tiempos de procesamiento cortos, mejores factores de separación y mayor reutilización de los materiales, lo cual reduce los costos y el impacto ambiental del proceso. Los materiales mesoporosos presentan elevadas áreas superficiales que permiten aumentar el contacto con la fase líquida, mayor capacidad de adsorción y menores tiempos de extracción, y la posibilidad de funcionalizar su superficie con grupos fosfatos que poseen alta afinidad y selectividad por lantánidos y actínidos. Los materiales de circonia (ZrO₂) resaltan por su elevada resistencia a procesos de disolución química en un amplio rango de pH 1-13, permitiendo su uso para procesos de extracción y separación de actínidos y lantánidos en condiciones ácidas. La síntesis de materiales mesoporosos por técnicas de secado por pulverización (spray drying) permite una síntesis continua de fácil escalado con un adecuado control de la composición química, del tamaño, la porosidad y la morfología de la partícula. La utilización de soluciones precursoras de base acuosa lo transforma en un proceso de síntesis “verde”. En este trabajo se estudiaron las siguientes variables en la síntesis de la matriz mesoporosa de ZrO₂: la relación entre circonio y agente porógeno en la solución precursora, el flujo del gas portador en el equipo de secado spray y las condiciones de calcinación. Se realizaron estudios de caracterización fisicoquímica superficial a través de medidas de potencial zeta en función del pH y de estabilidad estructural del óxido en condiciones ácidas. Se realizaron adsorciones de grupos fosfatos en función del pH para funcionalizar selectivamente la superficie la matriz.

Resultados: Para las siguientes condiciones de síntesis: relación [Zr]/[F127] = 0,4, el flujo de gas portador de 0,5 dm³/s y calcinado a 440 ºC durante 480 minutos en horno tubular, se obtuvieron partículas esféricas polidispersas (Φ ≈ 390 ± 100 nm), con una estructura cristalina tetragonal ordenada, y una estructura interna mesoporosa con un volumen total de poro de 0,11 cm³/g, un tamaño medio de poro de 4 nm y un área superficial de 100 m²/g. Las medidas de potencial zeta demostraron que la matriz mesoporosa de ZrO₂ presenta un potencial zeta positivo a pH ácido y negativo a pH alcalino. El punto isoeléctrico entorno a pH = 5 evidencia el carácter levemente ácido de este óxido. Asimismo, demostró una elevada estabilidad estructural ya que solo se observó una pérdida de masa del 0,09 % a pH = 2 y del 0,4 % a pH = 1 a los 30 días. La concentración máxima grupos fosfatos anclados a la superficie de circonia varía con el pH, observándose mayores recubrimientos a pH menores impulsado por una mayor atracción electrostática entre la superficie del óxido con densidad de carga positiva y el anión H₂PO₄^-.

Conclusiones: Se obtuvieron partículas de ZrO₂ de gran estabilidad estructural, las cuales pueden ser funcionalizadas selectivamente por medio del anclaje de grupos fosfatos, lo cual las convierte en una matriz prometedora para los procesos de adsorción de tierras raras.