Síntesis económica de Fe-silicalita para la remoción de fenoles

Abstract

La Fe-silicalita es una clase de zeolita en la que el catión Fe ocupa sitios con coordinación tetraédrica, sustituyendo isomórficamente al Si4+. Se ha propuesto que la actividad de este material estaría fuertemente relacionada con el Fe estructural y también con las especies de hierro que se generan luego del tratamiento térmico post-síntesis. Este material muestra actividad catalítica y también se ha utilizado en la eliminación de compuestos orgánicos en aguas contaminadas. Para esta última aplicación, el desafío se centra en obtener materiales económicos que mantengan una alta eficiencia en la remoción de contaminantes y sean fácilmente regenerables para su reutilización continua, garantizando así un tratamiento de agua sostenible y rentable. En este contexto, el objetivo de este trabajo fue obtener y caracterizar una Fe-silicalita de bajo costo para su uso en la remoción de fenoles en medio acuoso. El material obtenido se comparó con una Fe-silicalita tradicional, sintetizada a partir de un precursor de silicio de grado analítico. El material se obtuvo a través de un proceso hidrotermal, utilizando una solución de silicato de sodio industrial prepolimerizado como fuente de silicio. Luego se realizó un tratamiento térmico para la remoción del agente plantilla. Los difractogramas de Rayos X permitieron confirmar que el material sintetizado corresponde a una estructura MFI.El Fe en la estructura se corroboró por la presencia de la banda correspondiente a los enlaces Fe-Si-O en el espectro de FT-IR. Las imágenes de HRTEM mostraron cristales de hábito prismático. El área BET evidenció un valor de 356,41 m²/g. Esta zeolita de producción económica demostró una capacidad superior para la remoción de fenoles en medio acuoso. Esto evidencia un doble beneficio: es un material de bajo costo y además podría ser más efectivo para la remoción de compuestos orgánicos contaminantes.

Fe-silicalite is a class of zeolite in which the Fe cation occupies sites with tetrahedral coordination, isomorphically replacing Si4+. It has been proposed that the activity of this material would be strongly related to the structural Fe and also to the iron species generated after the post-synthesis thermal treatment. This material shows catalytic activity and has also been used in the removal of organic compounds in contaminated waters. For this last application, the challenge is to obtain inexpensive materials that maintain high efficiency in the removal of contaminants and are easily regenerable for continuous reuse, thus ensuring sustainable and cost-effective water treatment. In this context, the objective of this work was to obtain and characterize a low-cost Fe-silicalite for use in the removal of phenols in aqueous media. The material obtained was compared with a traditional Fe-silicalite, synthesized from an analytical grade silicon precursor. The material was obtained through a hydrothermal process, using a prepolymerized industrial sodium silicate solution as a silicon source. A thermal treatment was then performed to remove the template agent. X-ray diffractograms confirmed that the synthesized material corresponds to an MFI structure. The Fe in the structure was corroborated by the presence of the band corresponding to the Fe-Si-O bonds in the FT-IR spectrum. HRTEM images showed prismatic habit crystals. The BET area showed a surface area of 356.41 m²/g. This economically produced zeolite demonstrated a superior capacity for the removal of phenols in aqueous media. This shows a double benefit: it is a low-cost material and it could also be more effective for the removal of contaminating organic compounds.