Cambios morfológicos y químicos de una nano arcilla tubular debido a un tratamiento ácido intenso (mezcla sulfo-nítrica)

Abstract

La halloysita es una nanoarcilla natural de morfología tubular y su fórmula química Al2Si2O5(OH)4 . nH2O es similar a la caolinita. Existen grandes depósitos de este mineral en distintas zonas del mundo. Además, reúne una serie de condiciones y propiedades con respecto a nanotubos sintéticos, como lo es su bajo costo, baja citotoxicidad, grandes producciones a nivel global y una estructura mesoporosa unidimensional, lo que hace que la halloysita sea un excelente material que se puede destinar a distintas aplicaciones tecnológicas como, por ejemplo, biomédicas catálisis, remediación ambiental, carga en plásticos e incluso como nano reactores. A fin de poder ampliar el espectro de utilización de la halloysita la funcionalización de la misma es una vía que podría ramificarse en muchas aplicaciones diferentes como pueden ser procesos catalíticos específicos, anclaje de fármacos de actividad selectiva y otras aplicaciones a partir de los diferentes grupos funcionales que se podrán generar partiendo de un tratamiento ácido. Trabajos anteriores estudiaron modificaciones generadas por tratamientos con ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, y también por álcalis como el hidróxido de sodio, logrando modificar propiedades de la halloysita como sus diámetros externo e interno. El objetivo de este trabajo es modificar químicamente, a nivel bulk y superficial, una halloysita comercial, caracterizarla y estudiar los cambios generados en sus propiedades al tratarla con una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico concentrada (mezcla sulfo-nítrica) a distintos tiempos y temperatura constante. En base a los resultados obtenidos se concluyó que la mezcla de ácidos usada no generó cambios morfológicos ni funcionalizaciones importantes a los nanotubos de halloysita. Sin embargo, sí fueron notables los cambios en sus propiedades fisicoquímicas, evidenciando una elevada resistencia de los nanotubos a estas condiciones químicas. La información recopilada permite establecer estrategias de diseño de materiales basados en este materia prima.

Halloysite is a natural nanoclay with a tubular morphology, it’s chemical formula, Al2Si2O5 (OH) 4. nH2O, is similar to kaolinite. There are large deposits of this mineral in different areas of the world. In addition, it meets a series of conditions and properties with respect to synthetic nanotubes, such as its low cost, low cytotoxicity, large global productions and a one-dimensional mesoporous structure, which makes halloysite an excellent material that can be used to different technological applications such as biomedical catalysis, environmental remediation, load on polymers and even as nano reactors. In order to be able to broaden the spectrum of use of halloysite, its functionalization is a pathway that could branch out in many different applications, such as specific catalytic processes, anchoring of drugs with selective activity, and other applications based on the different functional groups, that can be generated from an acid treatment. Previous work studied modifications generated by treatments with sulfuric acid and hydrochloric acid, and also by alkalis such as sodium hydroxide, managing to modify properties of halloysite as its external and internal diameters. The objective of this work is to chemically modify, at a bulk and surface level, a commercial halloysite, characterize it and study the changes generated in its properties by treating it with a mixture of concentrated sulfuric and nitric acids (sulfo-nitric mixture) at different times and a constant temperature. Based on the results obtained, it was concluded that the acid mixture used did not generate significant morphological changes or functionalizations to the halloysite nanotubes. However, the changes in their physicochemical properties were notable, showing a high resistance of nanotubes to these chemical conditions. The information collected allows establishing material design strategies based on this raw material.