Síntesis de bentonita delaminada con especies de Fe-TiO2 obtenidas del mineral ilmenita y su evaluación fotocatalítica en la degradación de colorantes textiles

Abstract

Se sintetizaron sólidos nanoestructurados (Fe-TiO2 soportado en bentonita) de configuración exfoliada, mediante el uso de dos minerales de origen colombiano como materiales de partida: una bentonita y una ilmenita (FeTiO3). Los sólidos se obtuvieron mediante la síntesis e intercalación de nanopartículas de Fe3+-TiO2 en los espacios interlaminares de un mineral de arcilla esmectítico. Se evaluó la potencialidad de los minerales mencionados en la obtención directa de sólidos con actividad fotocatalítica en la degradación (oxidación) de colorantes azoicos usados en la industria textil. Los resultados de la caracterización por fluorescencia de rayos X (FRX) confirmaron la incorporación exitosa de especies de titanio y de hierro en los materiales sintetizados. Los análisis por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM) y sortometría de nitrógeno verificaron la modificación estructural, morfológica y textural del mineral de arcilla a causa de la incorporación de especies de Fe3+/dióxido de titanio (Fe- TiO2), demostrando la generación de estructuras mesoporosas, delaminadas o exfoliadas, con incremento en los valores de área superficial y de porosidad. Los valores de energía de band gap de los sólidos delaminados (determinados por espectroscopía UV-vis) presentaron un desplazamiento hacia valores de energía en la región ultravioleta (UV), lo que indicó la necesidad de emplear luz UV para el desarrollo de los ensayos catalíticos. Los nuevos materiales mostraron ser fotocatalíticamente activos en la oxidación de dos colorantes textiles comerciales, amarillo reactivo 145 (AR145) y rojo básico 46 (RB46), con mayor eficiencia en la degradación del primero.

Abstract. Nano-structured solids (Fe-TiO2 supported on bentonite) with exfoliated configuration were synthesized by using two Colombian minerals as raw materials: bentonite and ilmenite (FeTiO3). The solids were obtained by synthesis and intercalation of Fe3+-TiO2 nanoparticles in the interlayer spaces of a smectite-type clay mineral. Potentiality of those mentioned minerals was evaluated on the direct synthesis of solids with photo-catalytic activity in the degradation (oxidation) of azo-dyes used in the textile industries. Successful incorporation of both titanium and iron species in the synthesized materials was confirmed by X-ray fluorescence (XRF). All analyses by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and N2-adsorption verified the structural, morphological and textural modification of the clay minerals as consequence of Fe3+/titanium dioxide (Fe-TiO2) incorporation. These results demonstrated the generation of delaminated (exfoliated) mesoporous structures, having increased surface areas and porosity. Band gap energy values of these delaminated solids were determined by UV-vis spectroscopy, and showed a shift toward the ultraviolet (UV) region, indicating that UV light should be used for the performance of catalytic tests. The synthesized materials were photo-catalytically active in the oxidation of two commercial textile azo-dyes, reactive yellow 145 and basic red 46, being more active for the degradation of the first dye.