Nanogalerías de organomicas, procedimiento de obtención y su aplicación en descontaminación.

La presente invención se refiere a un filosilicato que comprende láminas de micas de alta carga expansibles e, intercalados entre dichas láminas, cationes de (C12-C18) alquildecilamonio. La presente invención también se refiere al procedimiento de adsorción de dichos cationes de alquildecilamonio entre las láminas de mica, y a su uso en la descontaminación de contaminantes orgánicos.

Nanogalerías de organomicas, procedimiento de obtención y su aplicación en descontaminación.

La presente invención se refiere a un filosilicato que comprende láminas de micas de alta carga expansibles e, intercalados entre dichas láminas, cationes de (C₁₂-C₁₈) alquildecilamonio. La presente invención también se refiere al procedimiento de adsorción de dichos cationes de alquiladecilamonio entre las láminas de mica, y a su uso en la descontaminación de contaminantes orgánicos.

Estado de la técnica anterior

La nanociencia y los nanomateriales se han identificado en todo el mundo como claves para inagurar una nueva generación de dispositivos, con propiedades y funcionalidades revolucionarias. Los sólidos nanoestructurados basados en silicatos laminares de la familia de las esmectitas (filosilicatos) son materiales de interés creciente basado en sus características estructurales y sus aplicaciones funcionales. Entre estos compuestos, los nanocompuestos de polímero-arcilla que implican diferentes polímeros y sustratos inorgánicos (esmectitas) se han estudiado ampliamente. En este sentido, el conocimiento de la adsorción de tensioactivos catiónicos por silicatos laminares es de gran importancia debido al uso extenso de estos compuestos en actividades domésticas e industriales, (W.M. Linfield, In Cationic surfactants; Jungermann, Ed.; Marcel Dekker, Inc.: New York, 1970), y a la presencia de dichos silicatos en suelos, subsuelos y sedimentos.

Además, estudios recientes han sugerido el uso potencial de tensioactivos catiónicos en el remedio de subsuelos y acuíferos contaminados, (Jaynes, W. F.; Boyd, S. A. Soil Sci. Soc. Am. J. 1991, 55, 43 y Burris, D. R.; Antworth, C. P. J. Contam. Hydrol. 1992, 10, 325). La síntesis de organomicas con una alta concentración de cationes tensoactivos en la interlámina y una composición homogénea de la misma que minorice la presencia de cationes inorgánicos, asegura un ambiente hidrófobo apropiado para la excitosa eliminación de contaminantes orgánico en medios acuosos. Sin embargo, la tecnología de adsorción en la eliminación de compuestos orgánicos requiere establecer condiciones de operación adecuadas (tipo de reactor (lecho empacado o lecho fluidizado ó por lotes), tipo de solvente, rango de concentraciones del compuesto orgánico y tamaño de partículas). Por ejemplo, el rango de concentraciones del fenol, benceno y tolueno utilizado se encuentra entre 20-200 mg/l. Los solutos orgánicos como los fenoles muestran fuerte adsorción por el soluto, sin embargo también se manifiestan efectos competitivos con el agua (solvente). La adsorción también puede estar afectada por efectos intrapartículas.

Es bien conocido que la adsorción de tensioactivos en sustratos minerales está regida principalmente por interacciones electrostáticas e hidrófobas (Cases, J. M.; Villieras, F. Langmuir, 1992, 8, 1251), y que los factores principales que intervienen son en primer lugar las interacciones electrostáticas entre el grupo de cabeza del tensioactivo y la superficie, en segundo lugar la interacción entre las colas y por último la repulsión electrostática entre los grupos de cabeza.

Descripción de la invención

La presente invención propone una alternativa al estado de la técnica actual, proporcionando un filosilicato de alta capacidad de intercambio catiónico para la descontaminación de compuestos orgánicos.

La presente invención proporciona un filosilicato que comprende láminas de mica e, intercalados entre dichas láminas, cationes de (C₁₂-C₁₈) alquildecilamonio. La presente invención también proporciona un procedimiento para la adsorción de los cationes de alquildecilamonio entre las láminas de mica, y a un uso de dicho filosilicato en la descontaminación de contaminantes orgánicos.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un filosilicato de fórmula I:

donde A es sodio, potasio o cualquiera de sus combinaciones,

B es un catión de alquildecilamonio (C₁₀-C₂₀),

Y se selecciona de entre aluminio, magnesio, hierro o cualquiera de sus combinaciones,

Z se selecciona de entre silicio, aluminio, hierro (III), titanio o cualquiera de sus combinaciones,

X se selecciona de entre flúor, hidróxido, oxígeno, cloro o cualquiera de sus combinaciones,

n es entre 1 a 4, y

q es entre 4 y 6.

El término "alquilo" se refiere, en la presente invención, a cadenas alifáticas, lineales o ramificadas, preferiblemente lineales, que tienen de 6 a 22 átomos de carbono. Más preferiblemente el grupo alquilo tiene entre 12 y 18 átomos de carbono y aún más preferiblemente entre 14 y 16 átomos de carbono.

En una formulación preferida Y es magnesio.

En otra formulación preferida Z es una combinación de silicio y aluminio, estando en una realización más preferida ambos, silicio y aluminio en la misma proporción, es decir Z₈ es [Si₄Al₄].

X es preferiblemente flúor.

Una organomica en una formulación preferida es una organo-fluoromica de fórmula A_4-nB_n[[Si₄Al₄][Mg₆]O₂₀F₄].

Preferiblemente A es sodio, y n, en el caso de una sustitución completa del alquildecilamonio por el sodio, es preferiblemente igual a 4.

B es preferiblemente el catión de (C₁₄-C₁₆) alquildecilamonio.

La estructura cristalina de este material consiste en capas bidimensionales (grosor: 0,94-0,98 nm) formadas por fusión de dos láminas tetraédricas de sílice con una lámina octaédrica de compartición de aristas de magnesio. El apilamiento posterior de estas capas conduce a huecos o galerías de van der Waals. Estas galerías (referidas alternativamente como interláminas) están ocupadas por cationes Na⁺, que compensan la deficiencia de carga que se genera por sustitución isomorfa de Si⁴⁺ por Al³⁺ en la lámina tetraédrica. El espacio interlaminar puede modificarse por reacciones de intercambio iónico que afectan al intercambio de cationes inorgánicos por moléculas tensoactivas para formar una organomica altamente cargada, en la presente invención el tensioactivo es un alquildecilamonio.

En la presente invención se entiende como "tensioactivo" sustancias que reducen la tensión superficial en la superficie de contacto entre dos fases, mediante la adsorción de estas moléculas en la interfase. Estas propiedades se deben a su estructura: los tensioactivos se componen de una parte hidrófoba y un resto hidrófilo, lo que los convierte en moléculas antipáticas. Según las propiedades de disociación del tensioactivo en presencia de agua se clasifican en iónicos o no-iónicos; y dentro de los iónicos según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán aniónicos, catiónicos o anfóteros. En la presente invención la molécula tensioactiva empleada es n- alquildecilamonio, catiónica.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere al uso de un filosilicato según se ha descrito anteriormente, como intercambiador catiónico para la descontaminación de contaminantes orgánicos.

Dichos contaminantes orgánicos preferiblemente se seleccionan de la lista que comprende contaminantes orgánicos no iónicos (NOCs), herbicidas, fungicidas, tintes e insecticidas. Más preferiblemente los NOCs se seleccionan de la lista que comprende benceno, tolueno, etilbenceno, xileno, (conocidos como BETEX) y fenol.

Preferiblemente el contaminante orgánico está en medio acuoso.

El éxito del uso del filosilicato de la presente invención como descontaminante depende, por tanto, de la sustitución de cationes inorgánicos y de la estabilidad del complejo mica-tensioactivo. Siendo la capacidad de descontaminación mayor cuanto mayor sea la sustitución de los cationes, es decir, será mejor descontaminante cuando n es 4, que cuando n es 3, 2 ó 1, decreciendo su capacidad intercambiadora de cationes según decrece n.

Se entiende por "capacidad de intercambio catiónico" (CIC) como la suma de todos los cationes de... [Seguir leyendo]

1. Filosilicato de fórmula I:

donde A es sodio, potasio o cualquiera de sus combinaciones,

B es un (C₁₂-C₁₈)alquildecilamonio,

Y se selecciona entre aluminio, magnesio, hierro o cualquiera de sus combinaciones,

Z se selecciona entre silicio, aluminio, hierro (III), titanio o cualquiera de sus combinaciones,

X se selecciona entre flúor, hidróxido, oxígeno, cloro o cualquiera de sus combinaciones,

n es entre 1 a 4, y

q es entre 4 y 6.

2. Filosilicato según la reivindicación 1, donde Y es magnesio.

3. Filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde Z es una combinación silicio y aluminio.

4. Filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde X es flúor.

5. Filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el filosilicato es una organo-fluoromica de fórmula A_4-nB_n[[Si₄Al₄][Mg₆]O₂₀F₄].

6. Filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde A es sodio.

7. Filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde n es 4.

8. Filosicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde B es un (C₁₄-C₁₆)alquildecilamonio.

9. Uso del filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, como intercambiador catiónico para la descontaminación de contaminantes orgánicos.

10. Uso según la reivindicación 9, donde el contaminante orgánico se selecciona de la lista que comprende contaminantes orgánicos no iónicos (NOCs), herbicidas, fungicidas, tintes e insecticidas

11. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, donde el contaminante orgánico se selecciona de la lista que comprende benceno, fenol, etilbenceno, tolueno y xileno.

12. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde el contaminante orgánico está en medio acuoso.

13. Procedimiento de obtención de un filosilicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende las etapas: