Sistemas magnéticos estructurados tipo core-shell Fe3O4-TiO2 y Fe3O4-SiO2 basados en magnetita (Fe3O4): diseño, caracterización y aplicaciones en catálisis heterogénea

Abstract

Se realizó un estado del arte en el cual se describe las propiedades funcionales y estructurales del óxido de hierro, magnétita (Fe3O4), y su importancia en la síntesis de diversos tipos de catalizadores heterogéneos. En este sentido, la discusión se orienta en la descripción de propiedades, métodos de síntesis y caracterización de los catalizadores con estructura core-shell (de tamaño nanométrico) que poseen magnétita como núcleo; específicamente los sólidos Fe3O4-TiO2 y Fe3O4-SiO2. Se describe en detalle diversos procesos y aplicaciones fotocatalíticas del sistema magnético Fe3O4-TiO2 evidenciados en multiples estudios científicos durante los últimos años, los cuales incluyen la degradación de contaminantes orgánicos (colorantes) y antibióticos de medios acuosos, la eliminación de células cancerígenas y actividad antibacteriana. De igual manera, se especifican las características principales de estudios que abordaron la síntesis del sólido Fe3O4-SiO2 el cual puede actuar como catalizador o como soporte catalítico. Se analiza en detalle su participación en diversas reacciones heterogéneas de síntesis orgánica, para la obtención de productos de interés farmacéutico e intermediarios en procesos de química fina, debido a la importancia comercial de los mismos. También se detallan otras aplicaciones tecnológicas de este sólido magnético como por ejemplo, materiales adsorbentes y materiales biológicos entre los que se encuentran, biosensores enzimáticos, inmunosensores y portadores de medicamentos. Finalmente, la amplia revisión bibliográfica permite establecer un protocolo de síntesis mediante el método de microemulsión inversa, para la obtención de los sólidos con estructura core-shell Fe3O4-TiO2 y Fe3O4-SiO2, a partir de un mineral sintético de uso comercial, de elevado contenido de magnetita (utilizado como núcleo) y los precursores respectivos de los óxidos de titanio y de silicio. Los sólidos obtenidos son de tamaño micrométrico y fueron caracterizados mediante las técnicas de DRX, IR, TEM, SEM, EDX, FRX y curvas de magnetización. Los resultados obtenidos, indican que estos materiales pueden ser utilizados posiblemente como soportes catalíticos o catalizadores en diversos procesos desarrollados en estudios posteriores.

Abstract. A state of the art in which the functional and structural properties of iron oxide, magnetite (Fe3O4), and its importance in the synthesis of various types of heterogeneous catalysts are described was conducted. In this sense, the discussion focuses on the description of properties, methods of synthesis and characterization of catalysts with core-shell structure (nanometric size) having magnetite as core; specifically Fe3O4-TiO2 solid and Fe3O4-SiO2. Various processes and photocatalytic applications of magnetic evidenced system Fe3O4-TiO2 bathroom multiples scientific studies in recent years are described in detail, which include the degradation of organic pollutants (dyes) and antibiotics aqueous media, elimination of cancer cells and antibacterial activity. Similarly, the main characteristics of studies addressing synthesis of Fe3O4-SiO2 solid which it can act as catalyst or catalyst support as specified. It analyzes in detail his participation in various heterogeneous reactions of organic synthesis, for obtaining pharmaceutical products and intermediaries Interest: fine chemical processes, due to the commercial importance of these criteria. Also detailed other technological applications of this magnetic solid for example, adsorbents materials and biological materials including found, enzymatic biosensor, immunosensor and drug carriers. Finally, the extensive literature review allows for a synthesis protocol by the method of reverse microemulsion, to obtain solids with core-shell structure Fe3O4-TiO2 and Fe3O4-SiO2, from a synthetic mineral commercial use, high magnetite content (used as core) and the respective precursors of the oxides of titanium and silicon. The obtained solids are microscale and were characterized by XRD, IR, TEM, SEM, EDX, FRX techniques and magnetization curves. The results indicate that these materials can be possibly used as catalyst supports or catalysts in various processes developed in later studies.